Разработайте технологический процесс изготовления вала длиной 200 мм, диаметром 80 мм, работающего на кручение

Министерство  образования  Российской Федерации

 Российский  государственный профессионально-  педагогический университет

Кафедра материаловедения, технологии контроля в машиностроении и методики профессионального  обучения 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине

«Технология конструкционных материалов и материаловедение»

Вариант 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил                                                                                                               

Студент группы                                                                                          

                                                                                                                                   

Проверил                                                                                                               
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург 2010 
 

Вариант 9.

Разработайте  технологический  процесс изготовления вала длиной 200 мм, диаметром 80 мм, работающего на кручение. 
 
 

Содержание

1. Введение. Выбор стали  для вала работающего на кручение. Свойства стали.         3

2. Подготовка руд  к доменной плавке (дробление,  обогащение, агломерация, 

    окатывание).                                                                                                                            4

3. Выплавка чугуна.                                                                                                                   5

3.1. Физико-технические химические процессы.                                                                5

3.2. Устройство доменной  печи. Продукты получения.                                                     6

4. Производство стали.                                                                                                              7

4.1.  Процесс работы электродуговой печи.                                                                          7

4.2.  Непрерывная разливка стали                                                                                         9

5. Получение заготовки вала.                                                                                                10

5.1. Ковка.                                                                                                                                  10

5.2. Протяжка.                                                                                                                           11

5.3. Термическая обработка.                                                                                                 11

Список  литературы.                                                                                                                14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение. Выбор стали  для вала работающего  на кручение. Свойства  стали. 

Для самых разнообразных деталей во всех отраслях машиностроения применяют качественные конструкционные материалы. Качественные конструкционные материалы данного вида по ГОСТ 1050-60 отличаются от продукции обыкновенного качества более высокими механическими свойствами, меньшим содержанием вредных примесей и потому идут на изготовление наиболее ответственных деталей и узлов различных машин и механизмов. На заводы они поставляются после термической обработки: в Вжженном виде или после проведения нормализации. Эти стали, в нормализованном состоянии, по сравнению с низкоуглеродистыми сталями имеют более высокую прочность при более низкой пластичности. Стали, в отожжённом состоянии, достаточно хорошо обрабатываются резанием.

Для работы в  указанных условиях наиболее подходит материал – сталь 45.

Применение стали 45 в основном характерно для изготовления таких видов металлопроката как  полоса, квадрат, круг, шестигранник.

Свойства стали соответствуют предъявляемым для данного изделия. 

Химический  состав, термическая обработка и механические свойства стали 45. 

Химический состав в % стали 45.

 

Температура критических  точек стали 45.

Критическая точка  ^оС

Ac₁=730, Ac₃(Acm)=755, Ar₃(Arcm)=690,  Ar₁=780, Mn=350  

Механические  свойства стали45

 

Термическая обработка

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Подготовка руд  к доменной плавке (дробление,  обогащение, агломерация,

окатывание)

Железная руда – это природное минеральное сырье. Кроме железа в руде содержатся        Al ₂O₃, SiC₂ (это пустая порода) и вредные примеси: мышьяк, фосфор более 1%.

Доменные флюсы  нужны для удаления из печи тугоплавкой  пустой породы, руды и золы топлива. Доменным флюсом служит известняк

СаС0₃ → СаО + С0₂

Топливо в доменной печи является не только источником тепла, но и восстановителем железа из его  оксидов. Кокс – это кусковое топливо, получаемое путем окисления коксящихся углей. Используют природный газ СН₄ – метан, мазут, угольную пыль.

Исходные материалы: железные руды, флюс (СаСО₃), топливо (кокс, мазут), огнеупорные материалы.

Руду  необходимо подготовить к доменной плавке, для этого применяют 4 этапа:

Дробление: руду измельчают, и куски сортируют по крупности: в кусках одинаковой величины восстановление железа происходит за одно и то же время. Дробление необходимо для того, чтобы получить нужную степень измельчения, руды для плавки (10-30 мм), для агломерации – менее 5-8 мм. Сортировку руды по классам крупности проводят на механических грохотах и установках типа гидроциклов, где разделение частиц происходит под действием центробежной силы.

 Оптимальные  размеры кусков руды и кокса  от 4 до 8—10 см. Мелкую руду предварительно спекают (агломерируют) путём нагревания до высокой температуры. При этом из руды удаляется большая часть серы.

Обогощение. Основной способ обогащения – магнитный. Он состоит в том, что тонкоизмельченную руду помещают в магнитное поле, где магнитные частицы отделяются от пустой породы.

Агломерация – это окускование мелкого железного сырья путем спекания (puc.1). 

 

Рис.1. Схема  процесса спекания:

1- колосниковая  решетка; 2-постель; 3-слой агломерирующей  шихты; 4-зона спекания; 5-слой агломерата 

На решетку загружают слой агломерата – постель, чтобы не было просыпания мелкой шихта через зазоры. Затем засыпают агломерируемой шихты: железосодержащие компоненты (аглоруда) – 70%; флюсы (измельченный известняк) – 20%; топливо (мелкий кокс, угольная мелочь и пиль) – 5-7%; марганцевая руда 1%.

Агломерируемую  шихту увлажняют (4-6%) и тщательно  перемешивают во вращающихся барабанах, при этом шихта окомковывается, что  повышает ее газопроницаемость. После  зажигания газовыми горелками топлива  начинается его горение (рис.2). Воздух для горения просасывается через слой шихты с помощью вакуумных устройств, остаточное давление 6-10 Мпа.

Зона горения  постепенно перемещается вниз до постели  колосников. При температуре 1300-1600 °С происходит спекание шихты в пористый продукт – агломерат. После сортировки на грохоте куски крупностью 10-40 мм использует для плавки, менее 10 ми направляют на переработку. При спекании из руды удаляются вредные принеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты.

Окатывание.  Шихта из измельченных концентратов, флюса, топлива увлажняется и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах, приобретает форму шариков – окатышей диаметром до 30 им. Окатыши высушивают и обжигают (1200-1350°С) на обжиговых машинах. Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, т.к. флюс в необходимом количестве входит в их состав. 

3. Выплавка чугуна

Чугун выплавляют в печах  шахтного типа – доменных печах.

Сущность процесса – восстановление оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом и твердым углеродом.

Доменная печь имеет до 40 мм стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичом. Шамот получают из обожженной и сырой  глины – это нейтральный по химическим свойствам (50-60% SiO₂ 30-45 % Al₂ O₃), наиболее распространенный и дешевый огнеупорный материал (толщина до 700 мм). Для уменьшения нагрузки на нижнюю часть печи ее верхнюю часть, начиная от распара, сооружают на стальном кольце с опорными колоннами. Нижнюю часть горна выкладывают из особо огнеупорных материалов – графитизированных блоков (толщина стенок до 1500 мм). Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливает металлические водяные холодильники (3/4 высоты печи). 

3.1. Физико-технические  и химические процессы.

В районе воздушных  фурм происходит полное сгорание кокса и природного газа:

C + O₂= + Q

CH₄ + +2O₂=CO₂ + 2H₂ + Q.

В фокусе горения  температура 1800-2000°С. Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным  коксом: