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.