Титан и сплавы на его основе

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

Вариант 9

1. Титан и сплавы на его основе.
2. Плавление металлов, сварочная ванна.
3. Аллотропические изменения.
4. Магнитотвердые материалы.
5. Стали для измерительных инструментов.
6. Опишите общую схему производства с тали из чугуна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Задание…………………………………………………………….2

Содержание………………………………………………………..3

Введении…………………………………………………………...4

1 Титан и сплавы на  его основе…………………………………..5

1. Титан…………………………………………………………...5
2. Сплавы на основе титана……………………………………...7
1. Деформируемые сплавы……………………………………8
2. Литейные сплавы……………………………………………8
3. Термическая обработка титановых сплавов………………….9
2. Плавление металлов. Сварочная ванна……………………….10
1. Плавление металлов…………………………………………....10
2. Сварочная ванна………………………………………………..12
3. Аллотропические изменения…………………………………..14
4. Магнитотвердые материалы…………………………………...15
5. Стали для измерительных инструментов……………………..18
6. Общая схема производства стали из чугуна…………………..19

Список источников………………………………………………….22

 

 

 

 

 

 

Введение

Первые шаги на пути к  реальному пониманию свойства материалов были  сделаны с наступлением ХIХ века. Начало этому положили химия, а затем физика. Теоретическая химия оказалась полезной при решении практических задач, способствовала появлению более эффективных методов обработки материалов.  В последней четверти ХIХ века химия и физика уже играли ключевую роль в развитии отраслей,  связанных с производством материалов. В ХХ столетии химикам и физикам удалось сделать ряд фундаментальных открытий, на которые  опираются все современные разработки новых материалов и технологические методы их получения и обработки. Объединение знаний, полученных теоретическим и опытным путем позволило разработать более эффективные методы обработки природных материалов, и так же создать большое количество новых искусственных материалов, таких как синтетические волокна и пластмассы, высоконапряженные и жаропрочные металлические сплавы, стеклянные волокна, композиты и полупроводники.  

Эти результаты достигнуты наукой, сформировавшейся на основе интеграции различных дисциплин и получившей название  материаловедение.[1; стр.14]

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Титан и сплавы на  его основе

1.1 Титан

Титан-металл серебристо белого цвета, является одним из наиболее распространенных элементов земной коры. Температура плавления титана 16685, плотность при температуре 20  4,5г/.[2 стр378]

Титан существует в двух полиморфных модификациях: -титан, имеющий ГПУ-решетку при температуре ниже 885, и -титан с ОЦК-решеткой, устойчивый при температурах выше 885.

Отличительные особенности  титана - высокие механические свойства, малая плотность, высокая удельная прочность и хорошая коррозийная  стойкость. Низкий модуль упругости  титана затрудняет изготовление жестких  конструкций. Титан обладает высокой  прочностью при условиях глубокого  холода, при этом если содержание водорода мало, он сохраняет высокую пластичность. Пластическая деформация значительно повышает прочность титана. Он обладает высокой коррозийной и химической стойкостью благодаря защитной оксидной пленке на его поверхности. При повышении температуры, особенно под напряжением, коррозийная стойкость титана уменьшается. При повышении температуры титан активно поглощает газы. Высокая химическая активность титана требует применения при плавке и сварке вакуума или атмосферы инертных газов.

Слитки титана можно обрабатывать давлением всеми известными способами. Перед обработкой давлением слитки рекомендуется нагревать ступенчато: сначала длительный нагрев при температуре 700-750 А затем кратковременный нагрев при 850-1000 Время выдержки при высокой температуре составляет не более 30секунд на 1миллиметр сечения. Из за опасности загрязнения титана газами нагрев под горячую обработку и саму обработку надо проводить в возможно минимальное время. После холодного деформирования титан отжигают при температуре 650-700с выдержкой от 15 минут до 1 часа в зависимости от толщины полуфабриката.

Механические свойства титана сильно зависят от наличия примесей, вредными являются азот, кислород, водород, углерод. Они увеличивают твердость  и прочность, но понижают пластичность, ухудшают свариваемость и снижают  сопротивление коррозии. Титан плохо  обрабатывается резанием. При резание  титана требуются инструменты из быстрорежущей стали и твердых  сплавов, малые скорости резания  при большой подаче и глубине  резания, интенсивное охлаждение.[1.стр304]

Маркировка титана в российской трактовке в большинстве случаев  представляет собой букву «Т», указывающую  на основной элемент и буквенные  символы, идентифицирующие производителя. Так группа титановых сплавов, изготовленных  на базе Всероссийского института авиационных  материалов (ВИАМ) обозначаются аббревиатурой  «ВТ». Сокращение «ОТ» расшифровывается как «опытный титан» и указывает  на совместную разработку сплава предприятиями  ВИАМ и Свердловским заводом ВСМПО. Маркировка «ПТ» ставится на титановых  листах, выпущенных заводом «Прометей», расположенным в Санкт-Петербурге.

Кроме того в маркировке титанового сплава возможны следующие  сокращения: буква «Л», указывающая  на принадлежность металла к литейной группе, «И» - материал специального назначения, «В» - преобладание ванадия в качестве легирующего элемента. Технический  титан может маркироваться одной  буквой «Т» с последующим указанием  чистоты сплава в цифрах, причём меньше по величине число указывает  на более очищенный сплав. Например, один из самых качественных титанов  считается титан ВТ1-00, количество примесей в котором не превышает 0,1%, а чистого титана содержится 99,9%.

К сожалению, в иных случаях  цифры в маркировке титановых  сплавов не отражают количественных пропорций легирующих элементов  или чистоты состава, как это  принято в большинстве случаев  идентификации сложнолегированных цветных металлов. Поэтому существуют специальные таблицы, указывающие на содержание того или иного элемента в титановом сплаве определённой маркировки.[ 2. www.mpstar.ru/hbc/matis.php]

 

1.2 Сплавы на основе титана

Сплавы на основе титана получили значительно большее применение, чем технический титан. Легирование  титанаFe, Al, Mn, Cr, Sn,V, Si повышают его прочность, но одновременно снижают пластичность и вязкость. Жаропрочность повышают Al, Zr, Mo, а коррозийную стойкость в растворах кислот-Mo, Zr, Nb, Ta и Pd. Титановые сплавы имеют высокую удельную вязкость/. Как и в железных сплавах, легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана.

Такие элементы, как Al, N, O, повышают температуру полиморфного превращения и расширяют область фазы, их называют -стабилизаторами. Такие элементы, как Mo, V, Mn, Fe, Cr, понижают температуру полиморфного превращения и расширяют область существования -фазы, их называют -стабилизаторами. Превращения в сплавах происходит в интервале температур. Как правило все промышленные сплавы титана содержат алюминий.

В соответствии со структурой различают - твердый раствор легирующих элементов в  - титане, основной легирующий элемент в - сплавах алюминий, кроме того они могут содержать нейтральные элементы (Sn, Zr) и небольшое количество - стабилизаторов (Mn, Fe, Cr, Mo), сплавы состоящие из - и - стабилизаторов(Mn, Fe, Cr). [3.стр 379]

По характеру обработки  металла сплавы делятся на деформируемые  и литейные. По механическим свойствам  на сплавы нормальной прочности , высокопрочные, жаропрочные, повышенной пластичности.

 

 

 

 

1.2.1 Деформируемые сплавы

Сплавы с -структурой (ВТ5, ВТ5-1) характеризуются средней прочностью  при комнатной температуре, высокими механическими свойствами при криогенных температурах, хорошей жаропрочностью, обладают отличной свариваемостью и коррозионной стойкостью.  Сплав ВТ5 предназначен для изготовления деталей работающих при температурах до 400, сплав ВТ5-1 имеет рабочую температуру до 500

К группе -сплавовотносят чистый титан, а также псевдо--сплавы, имеющие небольшое количество -фазы вследствии дополнительного легирования марганцем.(ОТ4, ВТ4).

Недостатком сплавов этой группы является склонность в водородной хрупкости, поэтому допустимое содержание водорода колеблется в пределах0,02-0,05%.

Двухфазные () сплавы (ВТ3-1, ВТ6, ВТ8) обладают лучшим сочетанием технологических и механических свойств. Их упрочняют термообработкой - закалкой и старением. В отожженном и закаленном состоянии они имеют хорошую пластичность, а после закалки и старения высокую прочность при комнатной и повышенной температурах. При этом чем больше-фазы содержится в структуре сплава, тем сильнее он упрочняется при термообработке. Двухфазные сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются.

Однофазные -сплавы не имеют промышленного. Они дороги, обладают пониженной удельной прочностью. В настоящее время применяются так называемые псевдо-сплавы.

 

1.2.2 Литейные сплавы

Титановые сплавы имеют хорошие  литейные свойства. Небольшой температурный  интервал кристаллизации обеспечивает хорошую плотность отливки. Они  обладают малой склонностью к  образованию горячих трещин и  небольшой линейной усадкой.

Недостатками литейных сплавов  являются большая склонность к поглощению газов и высокая активность при  взаимодействии со всеми формовочными материалами. Поэтому их разливку ведут  в вакууме или среде нейтральных  газов.

Литейные сплавы обладают более низкими механическими  свойствами, чем соответствующие  деформируемые. Упрочняющая термообработка резко снижает пластичность литейных сплавов и поэтому не применяется.[1.стр308]

 

1.3 Термическая обработка  титановых сплавов

Титановые сплавы в зависимости  от их состава и назначения можно  подвергать отжигу, закалке, старению и химико-термической обработке. Чаще титановые сплавы подвергают отжигу. Отжиг 800-850, а -сплавов при 750-800. Применяется и изотермический отжиг – нагрев до 870-980 сплава и далее выдержки при 530-660.

В последнее время все  шире применяется вакуумный отжиг, который позволяет уменьшить  содержание в титановых сплавах, что приводит к существенному  повышению вязкости разрушения, уменьшению склонности к замедленному разрушению и коррозионному растрескиванию. Для снятия внутренних напряжений, возникающих при механической обработке - и -сплавов, применяют неполный отжиг при 550-650.

Упрочняющую термическую  обработку для крупных деталей  из титановых сплавов применяют  редко, это объясняется малой  прокаливаемостью титановых сплавов, низким значением вязкости разрушения и короблением деталей. Титановые  сплавы имеют низкое сопротивление  износу и при использовании в  узлах трения подвергаются химико-термической  обработке. Для повышения износостойкости  титан азотируют при 850-950 в течении 30-60 часов в атмосфере азота. Толщина диффузного слоя в сплавах титана после азотирования при 950 в течении 30 часов составляет 0,05-0,15 мм, 750-900HV. [3. стр328]

 

2 Плавление металлов. Сварочная ванна

 

2.1 Плавление металлов

Плавление - переход вещества из кристаллического (твёрдого) состояния  в жидкое; происходит с поглощением  теплоты (фазовый переход I рода). Главными характеристиками плавления чистых веществ являются температура плавления и теплота, которая необходима для осуществления процесса плавления.

 Температура плавления  зависит от внешнего давления. Плавление сплавов и твёрдых растворов происходит, как правило, в интервале температур (исключение составляют эвтектики с постоянной температурой плавления). Зависимость температуры начала и окончания плавления сплава от его состава при данном давлении изображается на диаграммах состояния специальными линиями (кривые ликвидуса и солидуса). У ряда высокомолекулярных соединений (например, у веществ, способных образовывать жидкие кристаллы) переход из твёрдого кристаллического состояния в изотропное жидкое происходит постадийно (в некотором температурном интервале), каждая стадия характеризует определённый этап разрушения кристаллической структуры.

Наличие определённой температуры плавления— важный признак правильного кристаллического строения твёрдых тел. По этому признаку их легко отличить от аморфных твёрдых тел, которые не имеют фиксированной  температуры плавления. Аморфные твёрдые тела переходят в жидкое состояние постепенно, размягчаясь при повышении температуры (см. Аморфное состояние). Самую высокую температуру плавления среди чистых металлов имеет вольфрам (3410 °С), самую низкую — ртуть (—38,9 °С). К особо тугоплавким соединениям относятся: TiN (3200 °С), HfN (3580 °С), ZrC (3805 °С), TaC (4070 °С), HfC (4160 °С) и др. Как правило, для веществ с высокой температурой плавления характерны более высокие значения теплоты плавления. Примеси, присутствующие в кристаллических веществах, снижают их температуру плавления. Этим пользуются на практике для получения сплавов с низкой температурой плавления и охлаждающих смесей.

 Плавление начинается при достижении кристаллическим веществом температуры плавления. С начала плавления до его завершения температура вещества остаётся постоянной несмотря на сообщение веществу теплоты.

 В большинстве случаев  плавление вещества сопровождается увеличением их объёма (обычно на несколько %). Если это имеет место, то возрастание давления приводит к повышению температуры плавления. Однако у некоторых веществ (воды, ряда металлов и металлидов, при плавлении происходит уменьшение объёма. Температура плавления этих веществ при увеличении давления снижается.

 Плавление сопровождается изменением физических свойств вещества: увеличением энтропии, что отражает разупорядочение кристаллической структуры вещества; ростом теплоёмкости, электрического сопротивления (исключение составляют некоторые полуметаллы Bi, Sb и полупроводники Ge, в жидком состоянии обладающие более высокой электропроводностью). Практически до нуля падает при плавлении сопротивление сдвигу (в расплаве не могут распространяться поперечные упругие волны, уменьшается скорость распространения звука продольных волн).

 Согласно молекулярно-кинетическим представлениям, плавление осуществляется следующим образом. При подведении к кристаллическому телу теплоты увеличивается энергия колебаний (амплитуда колебаний) его атомов, что приводит к повышению температуры тела и способствует образованию в кристалле различного рода дефектов (незаполненных узлов кристаллической решётки — вакансий; нарушений периодичности решётки атомами, внедрившимися между её узлами.). В молекулярных кристаллах может происходить частичное разупорядочение взаимной ориентации осей молекул, если молекулы не обладают сферической формой. Постепенный рост числа дефектов и их объединение характеризуют стадию предплавления. С достижением температуры плавления в кристалле создаётся критическая концентрация дефектов, начинается плавление— кристаллическая решётка распадается на легкоподвижные субмикроскопические области. Подводимая при плавлении теплота идёт не на нагрев тела, а на разрыв межатомных связей и разрушение дальнего порядка в кристаллах . В самих же субмикроскопических областях ближний порядок в расположении атомов при плавлении существенно не меняется. Этим объясняются меньшие значения теплот плавления по сравнению с теплотами парообразования и сравнительно небольшое изменение ряда физических свойств веществ при их плавлении.[4]

 

2.2 Сварочная ванна

Объем расплавленного металла, образующийся при сварке плавлением под воздействием источника тепла, называют сварочной ванной. Различают  сварочную ванну первого типа, образующуюся, например, при дуговой  или газопламенной сварке, и второго  типа, образующуюся при электрошлаковой  сварке.

В головной части ванны  на фронте плавления происходит плавление основного металла. Под действием давления дуги, потоков газа, реакции паров металла, конвекции, возникающей из-за неравномерного нагрева, жидкий металл под источником тепла (под сварочной дугой) оттесняется, постоянно перемещаясь в хвостовую часть ванны. В нем образуется углубление-кратер, которым определяется глубина проплавления h. В хвостовой части ванны металл охлаждается и на задней границе ванны которую называют фронтом затвердевания, кристаллизуется. Электродный или присадочный металл, расплавляясь, перемешивается в сварочной ванне с основным металлом и обеспечивает усиление q сварного шва. Между металлом шва и основным металлом свариваемой детали образуется четкая граница, которую называют зоной сплавления, или, при малой ее ширине, линией сплавления.

Размеры и параметры сварочной  ванны зависят от тепловой мощности источника тепла, скорости сварки и  теплофизических свойств свариваемого и электродного материалов. Длину  ванны при дуговой сварке можно  определить по формуле

L = k(UI)2/(Vсвδ2),

где к = 2,8...3,6 мм/(кВ*А); U - напряжение на дуге,  I - сила сварочного тока, δ - толщина свариваемых кромок, мм.

Длительность пребывания сварочной ванны в жидком состоянии  рассчитывают как отношение длины  сварочной ванны L к скорости сварки Vсв:  tж = L/ Vсв.

Ширина сварочной ванны  определяет ширину шва е, которая  характеризует форму шва. Коэффициент  формы шва ψ приближенно находят  как отношение ширины шва к  глубине проплавления: ψ=e/h.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Аллотропические изменения

 

Существование одного металла (вещества) в нескольких формах называется полиморфизмом или аллотропией. Различные кристаллические формы одного вещества называются кристаллическими или аллотропическими модификациями. Для практического материаловедения важна главным образом температурная аллотропия. Аллотропические формы обозначают греческими буквами и другие, которые в виде индексов добавляют к символу, обозначающему элемент. Низкотемпературную модификацию обозначают буквой и так далее. [1. стр29]

Аллотропическое превращение  при нагревании происходит с поглощением  тепла, а при охлаждении — с  его выделением. Как в процессе нагревания, так и в процессе охлаждения аллотропическое превращение происходит с некоторым запаздыванием. Это явление называется гистерезисом. Оно характерно для аллотропических превращений.

Самый распространенный в  технике металл — железо. Оно  имеет аллотропические превращения. Их легко проследить, если рассмотреть  процесс охлаждения жидкого железа до комнатной температуры.

До 1539° С происходит плавное  остывание жидкого железа. На кривой охлаждения при этой температуре  появляется площадка; железо затвердевает и выделяется скрытая теплота кристаллизации. Пока все железо не затвердеет, температура не изменяется. В интервале 1539—1392° С температура плавно снижается. Здесь железо имеет кристаллическую решетку объемно-центрированного куба Fe6 (— железо).

При 1392° С на кривой охлаждения появляется вторая площадка, связанная  с аллотропическим превращением -железа в -железо. Оно сопровождается выделением тепла, поэтому на кривой охлаждения появляется площадка; -железо имеет кристаллическую решетку гранецентрированного куба. При алло-тропическом превращении исчезают старые зерна и появляются новые.

Следующая площадка на кривой охлаждения наблюдается при 911° С. Она вызвана превращением -железа в -железо. Кристаллическая решетка из гранецентрированной кубической опять перестраивается в объемноцентрированную, которая существовала ранее в интервале 1539—1392° С. Далее структура -железа сохраняется до самых низких температур.

Последняя площадка на кривой охлаждения при 768° С связана с  превращением особого рода. При этой температуре не происходит изменения  в кристаллической решетке и  не появляются новые зерна. Тепловой эффект связан не с изменением строения кристаллической решетки, а с  перестройкой электронных оболочек атомов. Выше этой температуры железо парамагнитно (немагнитно), ниже — ферромагнитно (магнитно). Парамагнитное а-железо называют иногда В-железом.

 

 

4 Магнитотвердые материалы

 

Магнитно-твёрдые материалы, магнитно-жёсткие (высококоэрцитивные) материалы, магнитные материалы, которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряжённостью в тысячи и десятки тысяч а/м (102-103 э). Магнитотвердые материалы характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы Hc, остаточной индукции Br, магнитной энергии (BH) max на участке размагничивания - спинке петли гистерезиса. После намагничивания магнитотвердые материалы остаются магнитами постоянными из-за высоких значений Br и Hc. Большая коэрцитивная сила магнитотвердых материалов может быть обусловлена следующими причинами: 1) задержкой смещения границ доменов благодаря наличию посторонних включений или сильной деформации кристаллической решётки; 2) выпадением в слабомагнитной матрице мелких однодоменных ферромагнитных частиц, имеющих или сильную кристаллическую анизотропию, или анизотропию формы.

Магнитотвердые материалы классифицируют по разным признакам, например, по физической природе коэрцитивной силы, по технологическим признакам и другим. Из магнитотвердых материалов наибольшее значение в технике приобрели: литые и порошковые (недеформируемые) магнитные материалы типа Fe - Al - Ni - Со; деформируемые сплавы типа Fe - Со - Mo, Fe - Со - V, Pt - Со; ферриты (гексаферриты и кобальтовый феррит). В качестве магнитотвердых материалов используются также соединения редкоземельных элементов (особенно лёгких) с кобальтом; магнитопласты и магнитоэласты из порошков ални, альнико, ферритов со связкой из пластмасс и резины , материалы из порошков Fe, Fe - Со, Mn - Bi, SmCo5.    Высокая коэрцитивная сила литых и порошковых магнитотвердых материалов (к ним относятся материалы типа альнико, магнико и другие) объясняется наличием мелкодисперсных сильномагнитных частиц вытянутой формы в слабомагнитной матрице. Охлаждение в магнитном поле приводит к предпочтительной ориентации у этих частиц их продольных осей. Повышенными магнитными свойствами обладают подобные магнитотвердые материалы, представляющие собой монокристаллы или сплавы, созданные путём направленной кристаллизации [их максимальная магнитная энергия (BH) max достигает 107 гс-э]. магнитотвердые материалы типа Fe - Al - Ni - Со очень тверды, обрабатываются только абразивным инструментом или электроискровым методом, при высоких температурах их можно изгибать. Изделия из таких магнитотвердых маиериалов изготавливаются фасонным литьём или металлокерамическим способом.

Деформируемые сплавы (важнейшие  из них - комолы и викаллои) более  пластичны и значительно легче  поддаются механической обработке. Дисперсионно-твердеющие сплавы типа Fe - Со - Mo (комолы) приобретают высококоэрцитивное состояние (магнитную твёрдость) в  результате отпуска после закалки, при котором происходит распад твёрдого раствора и выделяется фаза, богатая молибденом. Сплавы типа Fe - Со - V (викаллои) для придания им свойств магнитотвердых материалов подвергают холодной пластической деформации с большим обжатием и последующему отпуску. Высококоэрцитивное состояние сплавов типа Pt - Со возникает за счёт появления упорядоченной тетрагональной фазы с энергией анизотропии 5-107 эрг/см3. Из литых, порошковых и деформируемых магнитотвердых материалов изготавливают постоянные магниты, используемые в измерительных приборах (например, амперметрах и вольтметрах постоянного тока), в микродвигателях и гистерезисных электрических двигателях, в часовых механизмах и др. К магнитотвердым материалам относятся гексаферриты, то есть ферриты с гексагональной кристаллической решёткой (например, BaO-6Fe2O3, SrO-6Fe2O3). Кроме гексаферритов, в качестве магнитотвердых материалов применяется феррит кобальта CoO-Fe2O3 со структурой шпинели, в котором после термической обработки в магнитном поле формируется одноосевая анизотропия, что и является причиной его высокой коэрцитивной силы. Магнитно-твёрдые ферриты применяются для работы в условиях рассеянных магнитных полей и в СВЧ-диапазоне. Изделия из ферритов изготовляют методами порошковой металлургии. [5]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Стали для измерительных  инструментов

 

Основные свойства, которыми должны обладать эти стали,-высокая износостойкость и постоянство размеров и формы в течение длительного срока службы. К дополнительным требованиям относятся возможность получения высокой чистоты поверхности (до 14 – го класса) и мелкая деформация при термообработке. Наиболее широко применяются низколегированные стали  Х, ХГ, ХВГ, 9ХС, обрабатываемые на высокую твердость (HRС=60-64). В отличие от режущего инструмента, термообработка проводится таким образом, чтобы затруднить процесс старения, который происходит в закаленной стали и вызывает объемные изменения, недопустимые для инструментов высоких классов точности.

Причинами старения служат частичный распад мартенсита, превращение  остаточного аустенита и релаксация внутренних напряжений, вызывающая пластическую деформацию. Для уменьшения остаточного аустенита закалку проводят с возможно более низкой температуры. Кроме того, инструмент повышенной точности подвергают обработке холодом при

-50…-80^оС. Отпуск проводят в течение 24-48 ч. при 120-140^оС. Более высокий нагрев не применяют из-за снижения износостойкости. Инструмент высокого класса точности подвергают неоднократному чередованию обработки холодом и кратковременного (2-3ч.) отпуска.

Плоские инструменты (скобы, линейки, шаблоны) изготавливают из листовых цементируемых сталей 15,20,15Х,20Х,12ХНЗА или сталей 50,55, закаливаемых с поверхности  токами высокой частоты. Поскольку  неравновесная структура в этих сталях образуется только в поверхностном  слое, то происходящие в нем объемные изменения мало отражаются на размерах всего инструмента.

Для инструментов большого размера и сложной формы применяют  азотируемую сталь 38ХМЮА.[1.стр213]

 

6 Описать общую схему производства стали из чугуна

 

Первой ступенью получения  стали является выплавка из руды чугуна.

 Выплавка чугуна из  руды производится в доменных  печах. Материалами, участвующими  в этом процессе, являются железные  руды, флюсы (плавни) и топливо.

  Железные руды представляют собой окислы железа, т. е. различные соединения железа с кислородом. Обычно в составе руды имеются также и другие, не содержащие окислов железа, минералы, которые в металлургии называются «пустой породой».

 Задачей доменного  процесса является восстановление  железа, т. е. удаление кислорода  из окислов железа. Одновременно с восстановлением железа удаляются пустые породы. Так как эти породы тугоплавки, к ним добавляют флюсы, т. е. вещества, образующие с ними легкоплавкие соединения. Пустыми породами в большинстве случаев является кремнезем (SiO2) и глинозем (Аl2О3). В качестве флюса обычно добавляют известняк (СаСО3). Сплавы флюсов с пустыми породами, являющимися отходами доменного процесса, называются доменными шлаками. Их удаляют из доменной печи в расплавленном состоянии. В доменных печах в качестве топлива применяют в большинстве случаев каменноугольный кокс — продукт сухой перегонки коксующихся сортов каменного угля. Благодаря этому топливу достигается температура, необходимая не только для восстановления железа, но и для получения расплавленного чугуна и шлака.

 Чугуны, получаемые при  доменной плавке, подразделяются  на литейные, применяемые для  отливки труб, радиаторов и других  изделий; передельные, идущие  для производства стали, и специальные.

 Основной задачей при  переделке чугуна на сталь  является понижение содержания  примесей (С, Mn, Si, Р, S). Это достигается  переводом примесей в соединения, не растворяющиеся в расплавленном  металле, переходящие в шлак  и удаляемые вместе с ним. При высоких температурах плавления металла требуется специальная футеровка (облицовка) изнутри металлического кожуха печи, иначе он начнет плавиться или даст значительные изменения формы. Материал футеровки, будучи огнеупорным, тем не менее в некоторой степени участвует в происходящих во время плавки реакциях образования шлака, поэтому его состав имеет большое значение. Для футеровки металлургических печей применяют следующие материалы: шамотный кирпич и шамотные изделия (шамотом называют предварительно обожженную огнеупорную глину); дннасовый кирпич и изделия, получаемые путем обжига измельченных кварцевых пород с известковой связкой; магнезитовый кирпич и порошок из обожженного магнезита; доломитовый кирпич и порошок из обожженного доломита.