Технология-наука,изучающая последовательность действий по превращению исходного сырья в готовую продукцию.

Технология-наука,изучающая последовательность действий по превращению исходного сырья в готовую продукцию.

Виды технологии:

Практическая—реализуется на практике и характеризуется продукцией

Теоритическая-технология научных исследований,которая не всегда реализуется на практике.

Общая классификация и характеристика свойств материалов.

Классификация материалов:

Металлические материалы

Неметаллические материалы

Композиционные материалы

Металлы -вещество облодающая специфическим блеском, ковкостью, тягучестью, хорошо проводящие тепло и электричество.

НЕМЕТАЛЛЫ -ВЕЩЕСТВА ХРУПКИЕ,ЛИШЕНЫ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО БЛЕСКА,ИМЕЮТ НИЗКУЮ ТЕПЛО И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ -МАТЕРИАЛЛЫ,СОСТОЯЩИЕ ИЗ ДВУХ РАЗНООДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛЛОВ.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ

ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО БРИНЕЛЛЮ

ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО ВИККЕРСУ

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

ФИЗИЧЕСКИЕ

2ХИМИЧЕСКИЕ а)ХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ б)ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА:жидкотекучесть;усадка;ликвация

СПОСОБНОСТЬ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ

СПОСОБНОСТЬМАТЕРИАЛЛА К ОБРАБОТКЕ ДАВЛЕНИЕМ

СВАРИВАЕМОСТЬ

Эксплуатационные свойства

Износостойкость, 2-Коррозионная стойкость, 3-жаростойкость, 4-хладностойкость, 5-антифрикционность.

Механические свойства

Прочность, 2-Пластичность,3-Ударная вязкость,4-Твердость.

Особенности кристаллического строения металлов и сплавов

МЕТАЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ

СПЛАВ-вещество,полученное сплавлением двух и более элементов(компонентов)

МЕХАНИЧЕСКАЯ СМЕСЬ(ЭВТЕКТИКИ,ЭВТЕКТОИДЫ);ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ;ТВЕРДЫЙ РАСТВОР(КРИСТАЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА ТВЕРДЫ РАСТВОРОВ ЗАМЕЩЕНИЯ,ВНЕДРЕНИЯ)

СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

АУСТЕНИТ;2-ЦЕМЕНТИТ;3-ЛЕДЕБУРИТ;4-ФЕРРИТ;5-ПЕРЛИТ;6-ГРАФИТ

ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ

СТАЛИ 0,02-2.14 (ДОЗЕТЕКТОЙДНЫЕ-0.02-0.8;ЭВТЕКТОЙДНЫЕ-0.8; ЗАЭВТЕКТОЙДНЫЕ-0.8-2.14)

ЧУГУНЫ2.14-6.67(ДОЗЕТАКТИЧЕСКИЕ(2.14-4.3;ЭВТЕКТИЧЕСКИЕ-4.3;ЗАЭВТАКТИЧЕСКИЕ-4.3-6.67)

Кристалические решетки металлов и их основные типы

Объемноцентрированая кубическая(ОЦК)-в котором атомы расположены в вершинах куба и в центре куба

Гранецентрированная кубическая(ГЦК)-атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани

Гексагональная с плотной с плотной упаковкой атомов(ГПУ)-атомы расположены в углах и центре шестигранной призмы

Гетрагональная решетка-основание-квадрат,а бокавые грани-прямоугольник

Параметры кристаллической решетки

Координационное число Z;2период решетки,;3базис решетки;4коэффициент компактности

Дефекты кристаллических решетак.Их влияние на свойства металлов.

Дефекты кристаллических решетак:

1. Точечные дефекты (самые распостранённые)

Эти дефекты малы во всех трех измерениях и размеры их не превышают нескольких атомных диаметров.

К точечным дефектам относят вакансии («дырки» – дефекты Шоттки), межузельные атомы (дефекты Френкеля), примесные атомы образующие твердые растворы внедрения и замещения.

Вакансии образуются в результате перехода атомов из узлов решетки на поверхность, или их полного испарения с поверхности кристалла

С повышением температуры концентрация вакансий возрастает.

Межузельные атомы – эти дефекты образуются в результате перехода атома из узла решетки в междоузлие (на месте атома образуется вакансия). В металлах возникают очень трудно, связано с большими затратами энергий на переход атома в междоузлие.

Атомы примесей присутствующие даже в самом чистом металле, как правило, образуют твердые растворы.

Дефекты Шоттки и Френкеля оказывают влияние на свойства металлов: электропроводность, магнитные свойства, предопределяют процесс диффузии в металлах.

2. Литейные дефекты (дислокации)

Эти несовершенства имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Дефект имеет протяженность несколько межатомных расстояний.

К линейным дефектам относятся дислокации, цепочки вакансий или цепочки межузельных атомов.

Различают дислокации следующих видов: краевые, винтовые.

Краевая дислокация – представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызванное в ней наличием в ней «лишней» атомной полуплоскости – экстроплоскости.

Винтовая дислокация образуется также при кристаллизации или сдвиге. Винтовую дислокацию можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой.

Дислокации влияют на прочностные пластические свойства металлов; а также и на их физические свойства – увеличивают электросопротивление, скорость диффузии и др

3. Поверхностные дефекты (крошицы зерен, фрагментов и зерен)

Эти дефекты малы только в одном измерении. К ним относятся границы зерен, границы блоков, дефекты упаковки, двойниковые границы.

Металлы, используемые в технике, состоят из большого числа кристаллов неправильной формы, называемых зернами или кристаллитами. По границам между зернами металла нарушается правильность строения кристаллической решетки. Обычно зерна повернуты произвольно.

4. Объемные дефекты (поры, микротрещины и др.)

К объемным (трехмерным) дефектам относят такие, которые имеют размеры в трех измерениях: неметаллические включения, царапины, макроскопические трещины, поры и т. д.

6.Кристаллизация металлов….

Кристаллизация – это процесс образования участков кристаллической решетки в жидкой фазе и рост кристаллов из образовавшихся центров.

До точки 1 охлаждается металл в жидком состоянии, процесс сопровождается плавным понижением температуры. На участке 1 – 2 идет процесс кристаллизации, сопровождающийся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации. Оно компенсирует рассеивание теплоты в пространство, и поэтому температура остается постоянной. После окончания кристаллизации в точке 2 температура снова начинает снижаться, металл охлаждается в твердом состоянии

Понятие металлических сплавов.

Сплав – вещество, полученное сплавлением двух и более элементов, которые называются компонентами.

Компоненты в твердом сплаве могут образовывать:

*химическую смесь;

*твердые раствор;

*химическое соединение.

Механические смеси (эвтетики,эвтектоиды)-микроскопические малые, тесно перемешенные и не связанные между собой компоненты сплавов.

Эвтектики-образуются из жидкого сплава.

Эвтектоиды- образуются при распаде твердых растворов.

Химическое соединение - компоненты сплавов вступают в химическое взаимодействие, при этом образуется новая кристаллическая решетка сплавляемых компонентов.

Твердый раствор -вещество, состоящее из 2-х или более компонентов, один из которых сохраняет свою кристаллическую решетку, является растворителем, а другой(другие) распределяется на кристаллической решетке растворителя не изменяя ее типа.

Два вида твердых тел:

*замещение( атомы растворимого компонента замещают атомы растворителя),

* внедрение (атомы растворимого компонента размещаются между атомами растворителя)

Цветные металлы и сплавы на их основе.Маркировка.

Традиционно сложилось деление всех металлов на черные и цветные. Это деление является условным. Обычно к черным металлам относят прежде всего железо, а также кобальт, никель и близкий к ним по свойствам марганец. Однако, например А.П.Гуляев, к черным металлам предлагает относить не только эти металлы, но также и тугоплавкие металлы, металлы группы урана - актиниды, редкоземельные металлы, или лантаноиды, щелочноземельные металлы. Такое мнение не является бесспорным.

К цветным металлам традиционно относили все металлы, кроме железа и элементов его группы. Обычно признаком цветного металла являлся его специфический цвет, отличный от темно-серого, например, белый (алюминий, серебро), желтый (золото), красный (медь) и т.д.

Цветные металлы, такие, как медь, серебро, золото, а также олово, свинец начали применять раньше, чем железо и его сплавы, начало их применения относится к “бронзовому веку”.

При температуре 882oС титан претерпевает полиморфное превращение, –титан с гексагональной решеткой переходит в – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.

Титан имеет низкую теплопроводность. При нормальной температуре обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах (не стоек в плавиковой, крепких серной и азотной кислотах), благодаря тому, что на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных оксидов. При нагреве выше 500oС становится очень активным элементом. Он либо растворяет почти все соприкасающиеся и ним вещества, либо образует с ними химические соединения.

Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими:

*сочетание высокой прочности (МПа) с хорошей пластичностью ();

*малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность;

*хорошая жаропрочность, до 600…700oС;

*высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.

Титан и сплавы на его основе маркируются в соответствии с ГОСТ 19807-74 по буквенно-цифровой системе. Однако какой-либо закономерности в маркировке не имеется. Единственной особенностью является наличие во всех марках буквы Т, которая свидетельствует о принадлежности к титану. Числа в марке означают условный номер сплава.

Главным достоинством титана и его сплавов является хорошее сочетание свойств: относительно низкой плотности, высокой механической прочности и очень высокой коррозионной стойкости (во многих агрессивных средах). Основной недостаток – высокая стоимость и дефицитность. Эти недостатки сдерживают применение их в пищевой и холодильной технике.

Сплавы титана применяются в ракетной, авиационной технике, химическом машиностроении, в судостроении и транспортном машиностроении. Они могут использоваться при повышенных температурах до 500-550 градусов.

Изделия из сплавов титана изготавливают обработкой давлением, но могут быть изготовлены и литьем. Состав литейных сплавов обычно соответствует составу деформируемых сплавов. В конце марки литейного сплава стоит буква Л

Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 660oС. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al2O3, предохраняет его от коррозии.

Механические свойства: предел прочности 150 МПа, относительное удлинение 50 %, модуль упругости 7000 МПа.

Алюминий высокой чистоты маркируется А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (содержание алюминия от 99,85 % до 99 %).

Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность. Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали машин, используют в качестве электротехнического материала для кабелей, проводов.

Принцип маркировки алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.

Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение); Н – нагартованный; П – полунагартованный

По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:

*деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой:

*деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой;

*литейные сплавы.

Бронзы

Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.

Железо имеет температуру плавления 1539оС, и имеет две полиморфные модификации. a -Fe, существующий при температурах до 911оС и от 1392 до 1539оС, имеет ОЦК решетку. Оно ферромагнитно до температуры 768оС (точка Кюри). g -Fe, существующий в интервале температур 911 - 1392оС, имеет ГЦК решетку и парамагнитно.

Углерод существует в двух модификациях: графит и алмаз. Алмаз в системе железо-углерод не встречается. Графит имеет слоистую ГП решетку. Между атомами углерода каждого слоя действую сильные ковалентные связи, которые осуществляются спариванием трех валентных электронов. Четвертые валентные электроны углерода переходят в коллективные, образуя металлическую связь. Поэтому графит имеет металлические свойства, как блеск и электропроводность. Между слоями действуют слабые поляризационные связи.

В равновесной системе Fe-C (Fe-Fe3C) имеются пять фаз: жидкая фаза и четыре твердые фазы.

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в a -Fe. Поскольку a -Fe существует в двух температурных интервалах, феррит, существующий при температурах до 911оС, называется a -феррит, а феррит существующий при температурах от 1392 до 1539оС - d -феррит. Растворимость углерода в феррите мала: в a -феррите растворяется 0,006% С при комнатной температуре и предельная растворимость 0,025% - при температуре 727оС; в d -феррите растворяется до 0,01 % углерода. Феррит мягкая, пластичная фаза со следующими свойствами: sВ=300 МПа, d=40%, y=70%, KCU=2,5 МДж/м2, НВ 800-1000.

Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в g -Fe. Растворимость углерода в аустените больше: предельная растворимость 2,14% при температуре 1147оС, уменьшается до 0,8% при температуре 727 оС. Аустенит - высокотемпературная фаза.

Цементит – карбид железа Fe3C, химическое соединение практически постоянного состава. Содержит 6,67% вес (31% ат.) углерода, имеет сложную орторомбическую решетку, в элементарной ячейке которой 12 атомов железа и 4 атома углерода. Цементит тверд (НВ 8000) и хрупок.

Вертикаль DFKL означает, что цементит имеет неизменный химический состав. Меняется лишь форма и размер его кристаллов, что существенно отражается на свойствах сплавов. Самые крупные кристаллы цементита образуются, когда он выделяется при первичной кристаллизации из жидкости.

Белый чугун, содержащий 4,3% углерода, называют эвтектическим (рис. 20). Белые чугуны, содержащие от 2,14 до 4,3% углерода, называют доэвтектическими, а от 4,3 до 6,67% углерода - заэвтектическими.

По достижении температуры 727°С (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до эвтектоидного состава (0,8% углерода), превращается в перлит. После окончательного охлаждения доэвтектические белые чугуны состоят из перлита, ледебурита (перлит+цементит) и цементита (вторичного). Чем больше в структуре такого чугуна углерода, тем меньше в нем перлита и больше ледебурита.

Белый эвтектический чугун (4,3% углерода) при температурах ниже 727°С состоит только из ледебурита. Белый заэвтектический чугун, содержащий более 4,3% углерода, после окончательного охлаждения состоит из цементита (первичного) и ледебурита. Следует отметить, что при охлаждении ледебурита ниже линии PSK входящий в него аустенит превращается в перлит, т. е. ледебурит при комнатной температуре представляет собой уже смесь цементита и перлита. При этом цементит образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Такое строение ледебурита является причиной его большой твердости (НВ>600) и хрупкости.

Диаграмма состояния железо-цементит имеет большое практическое значение. Ее применяют для определения тепловых режимов термической обработки и горячей обработки давлением (ковка, горячая штамповка, прокатка) железоуглеродистых сплавов. Ее используют также в литейном производстве для определения температуры плавления, чтo необходимо для назначения режима заливки жидкого железоуглеродистого сплава в литейные формы.

Классификация композитов

Композиты обычно классифицируются по виду армирующего наполнителя:^[1]

§ волокнистые (армирующий компонент — волокнистые структуры);

§ слоистые;

§ наполненные пластики (армирующий компонент — частицы)

§ насыпные (гомогенные),

§ скелетные (начальные структуры, наполненные связующим).

КМ. Способы получения КМ.

Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит(слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера… Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.

Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит(слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера… Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.

Термопласты при нагревании становятся пластичными, а при охлаждении снова затвердевают. Размягчение и отверждение пластмасс можно проводить многократно, при этом их свойства и химический состав не изменяются. Молекулы термопластов обычно имеют линейную структуру. В группу термопластов входят: полиэтилен, полипропилен, полиамиды, полиметилметакрилат и др. Реактопласты при нагревании вначале размягчаются, а затем переходят в твердое неплавкое состояние вследствие химической реакции сшивания линейных молекул полимеров (образуется сетчатое строение молекул) и снова формоваться уже не могут. К реактопластам относят фенолформальдегидные смолы, аминопласты, эпоксидные смолы, полиуретаны. По способу производства связующего пластмассы подразделяются на пластмассы, получаемые методом цепной полимеризации (сополимеризации) и поликонденсации.

Различают следующие группы пластмасс: ненаполненные (на основе чистых смол без наполнителей), композиционные (содержат различные наполнители) и газонаполненные пластмассы. Композиционные пластмассы кроме связующего содер жат наполнитель и другие добавки. В зависимости от вида наполнителя их выпускают в виде пресс-порош ков, волокнистых, слоистых и газонаполненных пластмасс. Пресс-порошки представляют собой смесь измельченной смолы с различными наполнителямиВ зависимости от вида волокнистого наполнителя пластмассы имеют разные названия: во-локнит (наполнитель из органического или химического волокна), стекловолокнит (из стеклянного волокна), ас-боволокнит (из волокна асбеста), текстоволокнит (из текстильных обрезков).

Газонаполненные пластмассы получают введением по-рообразователей в связующее с последующим действием высокой температуры. Их называют пенопластами или поропластами. Пенопласты имеют малую объемную массу и могут быть с открытыми и закрытыми порами. Пенопласты вырабатывают на основе различных смол: феноло-альдегидных, полистирола, полиуретана и др. Вид смолы, степень и характер пор определяют свойства газонаполненных пластмасс.

Резиновые материалы

В производстве резиновых техниче­ских деталей основным видом сырья яв­ляются натуральные и синтетические каучуки. Натуральные каучуки не нашли ши­рокого применения, так как сырьем для их получения является каучукосодержащий сок отдельных сортов растений. Сырьем для получения синтетических каучуков являются нефть, нефтепродукты, природ­ный газ, древесина. Каучук в чистом виде в промышленности не применяют. Каучук превращают в резину вулканизацией. В качестве вулканизирующего вещества обычно используют серу. Количество се­ры определяет эластичность резиновых деталей. Например, мягкие резины содер­жат 1... 3 % серы, твердые (эбонит) до 30 % серы. Процесс вулканизации происходит под температурным воздействием (горя­чая вулканизация) или без температурного воздействия (холодная вулканизация). Для улучшения физико-механических и экс­плуатационных свойств резиновых техни­ческих деталей и снижения расхода кау­чука в состав резиновых смесей вводят различные компоненты.

Высокая эластичность, способность к большим обратимым деформациям, стой­кость к действию активных химических веществ, малые водо- и газопроводность, хорошие диэлектрические и другие свой­ства резины обусловили ее применение во всех отраслях народного хозяйства. В ма­шиностроении применяют разнообразные резиновые технические детали:- ремни -для передачи вращательного движения с одного вала на другой; шланги и напорные рукава - для передачи жидкостей и газов под давлением; сальники, манжеты, про­кладочные кольца и уплотнители - для уплотнения подвижных и неподвижных соединений; муфты, амортизаторы - для гашения динамических нагрузок; транс­портерные ленты - для оснащения погру-зочно-разгрузочных устройств и т.д.

 

Чугуны

Чугуном называют сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащими более 2,14 % С.

Чугуны различают:

а) по форме включения графита

- серый чугун с пластинчатым графитом (СЧ);
- чугун с вермикулярным (червеобразным) графитом (ЧВГ);
- высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧ);
- ковкий чугун с хлопьевидным графитом (КЧ);

6) по химическому составу:

- нелегированные чугуны (общего назначения) и
- легированные чугуны (специального назначения).

Структура и свойства чугуна

Маркировка

Чугуны подразделяют на:

серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;

высокопрочные - шаровидный графит;

ковкие - хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10.

Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).

СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;

ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;

КЧ35 - ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун:

Области применения

Отливки из ковкого чугуна широко используются во многих отраслях промышленности для широкого спектра номенклатуры деталей ответственного назначения: автомобилестроение, тракторное и сельскохозяйственной машиностроение, вагоностроение, судостроение, электропромышленность, станкостроение, санитарно-техническое и строительное оборудование, тяжелое машиностроение и пр. При этом масса отливок может быть от нескольких граммов до 250 кг, минимальная толщина стенок отливки 3 мм, максимальная для обезуглероженного чугуна 25 мм, для графитизированного 60 мм, а в отдельных случаях до 100 мм.

 

26.Подготовка сырьевых материалов(производство чугуна)

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы в виде специально подготовленной смеси (шихты). При доменной плавке могут использоваться также отходы производства, содержащие Fe, Mn, CaO, MgO. К ним относят колошниковую пыль, окалину, сварочный и мартеновский шлаки.

Топливом для доменной плавки служит кокс, получаемый из каменного угля. Его роль состоит в обеспечении процесса теплом и восстановительной энергией. Кроме того кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и облегчает прохождение газового потока в шихте доменной печи.
Железные руды вносят в доменную печь химически связанное с другими элементами железо. Восстанавливаясь и науглераживаясь в печи, железо переходит в чугун. С марганцевой рудой в доменную печь вносится марганец для получения чугуна требуемого состава.
Флюсом называются добавки, загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы руды, офлюсования золы кокса и придания шлаку требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств. Для руд с кремнеземистой (кислой) пустой породой в качестве флюса используют материалы, содержащие оксиды кальция и магния: известняк и доломитизированный известняк.
Для получения высоких технико-экономических показателей доменной плавки сырье и материалы предварительно подвергают специальной подготовке.

Производство чугуна – процесс, требующий наличия специального оборудования и соблюдения технологии. Итак, выплавка чугуна происходит в доменной печи. Сырьем для производства являются железные руды. Состав железной руды следующий: рудное вещество и пустая порода. Существует несколько видов железной руды для производства чугуна.

Красный железняк. Содержание железа в данном виде руды составляет 45-65%.

Химический состав чугуна. Чугун относится к числу наиболее сложных по химическому составу сплавов. В нем. кроме железа, углерода, кремния и марганца, в зависимости от происхождения шихтовых материалов, условий выплавки, легирования и модифицирования могут быть обнаружены в тех или иных количествах фосфор, сера, хром, никель, медь, титан, алюминий, кобальт, цирконий, ниобий, ваннаднй, вольфрам, молибден, теллур, магний, кальций, церий, бор, висмут, олово, цинк, мышьяк, азот, кислород, водород и некоторые другие элементы.

Эти элементы, присутствуя в очень малых количествах, в определенных условиях могут оказать существенное влияние на графитизацню чугуна, характер его металлической матрицы и многие важные при производстве отливок свойства.

Интенсивность влияния элементов на положение чугуна относительно эвтектического состава характеризуется соответствующими коэффициентами в формулах для подсчета величины углеродного эквивалента и степени эвтектичности. Содержание в чугуне углерода и его форма оказывают большое влияние на величины объемной и линейной усадок.

Увеличение содержания углерода в доэвтектнческом чугуне приводит к заметному уменьшению объема усадочных раковин. Это связано с тем, что одновременно в чугуне происходит увеличение количества графита, выделяющегося при кристаллизации эвтектики. Если количество эвтектического графита составляет 1.8 %. то у чугуна усадка не наблюдается.

Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут.

Разливка стали

Из плавильных печей сталь выпускают в ковш, который мостовым краном переносят к месту разливки стали. Из ковша сталь разливают в изложницы или кристаллизаторы машины для непрерывного литья заготовок. В изложницах или кристаллизаторах сталь затвердевает и получают слитки, которые подвергаются прокатке, ковке.

Слитки с квадратным сечением переделывают на сортовой прокат: двутавровые балки, швеллеры, уголки. Слитки прямоугольного сечения – на листы. Слитки круглого сечения используются для изготовления труб, колёс. Слитки с многогранным сечением применяют для изготовления поковок.

Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают в слитки массой до 25 тонн, легированные и высококачественные стали – в слитки массой 0,5…7 тонн, а некоторые сорта высоколегированных сталей – в слитки до нескольких килограммов.

Улучшить качество металла можно уменьшением в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д.

СТРОЕНИЕ СТАЛЬНОГО СЛИТКА

После затвердения стали, залитой в изложницы, в полученном слитке наблюдаются три зоны (рис. 9): зона 1 вблизи поверхности — плотный слой мелких кристаллов, зона 2 — крупнокристаллическая, столбчатые кристаллы которой расположены перпендикулярно оси слитка, зона 3 — кристаллы, беспорядочно ориентированные в слитке.

В слитках стали встречаются газовые раковины, возникающие вследствие того, что газы, поглощенные металлом во время плавки, не успевают выделиться при охлаждении металла и остаются в нем, образуя внутренние пузыри.

Масса кристалла металла также химически неоднородна. Это явление называют внутрикристаллической ликвацией. Ликвацию уменьшают разными способами: ускорением затвердевания слитка, соответствующей последующей термической обработкой металла и др.

Производство алюминия.

Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы, содержание 32-60% глинозема Al2O3. К важнейшим алюминиевым рудам относятся также алунит и нефелин. Алюминий получают из оксида алюминия Al2O3 электролитическим методом. Используемый для этого оксид алюминия должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Очищенный Al2O3 получают переработкой природного боксита. Основное исходное вещество для производства алюминия – оксид алюминия. Он не проводит электрический ток и имеет очень высокую температуру плавления(около 2050С), поэтому требуется слишком много энегрии. Глинозем хорошо расплавляется в расплавленном криолите – минерале состава AlF3.3NaF. Этот расплав и подвергают электролизу при температуре всего около 950C на алюминиевых производствах. Запасы криолита в природе незначительны, поэтому был создан синтетический криолит, что существенно удешевило производство алюминия. Гидролизу подвергают расплавленную смесь криолита Na3[AlF6] и оксида алюминия.Смесь содержащая около 10 весовых процентов Al2O3, плавится при 960 C и обладает электропроводностью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведения процесса. Для дополнительного улучшения жтих характеристик в состав смеси входят добавки AlF3, CaF2, MgF2. Благодаря этому проведение электролиза оказывается возможным при 950 С. Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичем. Его дно, собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды(один или несколько) располагаются сверху: это – алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами. На современных заводах электролизеры устанавливаются сериями(каждая серия состоит из 150 и большего числа электролизеров. При электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде – кислород. Алюминий обладающий большей плотностью, чем исходный расплав, собирается на дне электролизера, откуда его периодически выпускают. По мере выделения металла, в расплав добавляют новые порции оксида алюминия. Выделяющийся при электролизе кислород взаимодействует с углеродом анода, который выгорает, образуя СО и CO2.

Производство титана.

Наиболее распространенным сырьем для производства титана служит ильменитовый концентрат, выделяемый при обогащении титаномагнетитовых железных руд, в котором содержится, %: 40-60 ТiO2, ~30 FeO, ~20 Fe2O3 и 5-7 пустой породы(СаО, MgO, Al2O3,SiO2), титан в виде минерала ильменита FeO ` TiO2. Технологический процесс производства титана из ильменитового концентрата состоит из следующих основных стадий: получение титанового шлака восстановительной плавкой, получение тетрахлорида титана хлорированием титановых шлаков, производство титана(губки, порошка) восстановлением их тетрахлорида. Кроме этого зачастую проводят рафинирование полученного титана и иногда переплав для получения титана в виде слитков. Восстановительная плавка ильменитового концентрата имеет целью перевести TiO2 в шлак и отделить оксиды железа путем их восстановления. Плавку проводят в электро- дуговых печах. Сначала загружают концентрат и восстановитель(кокс, антрацит), их нагревают до ~1650 С. Основной реакцией является: FeO *TiO2+C=Fe+TiO2+CO. Из восстановленного и науглероживающегося железа образуется чугун, а оксид титана переходит в шлак, который содержит 82-90% TiO2(титановый шлак). Получение тетрахлорида титана TiCl4 осуществляют воздействием газообразного хлора на TiO2 при температурах 700-900 С, при этом протекает реакция: TiO2+2Cl2+2C=TiCl4+2CO. Исходным титаносодержащим сырьем является титановый шлак. Хлорирование осуществляют в шахтных хлораторах. Шахтный хлоратор – это футерованный цилиндр диаметром до 2 и высотой до 10 м, в который сверху загружают брикеты из измельченного титанового шлака и снизу вдувают газ магниевых электролизеров, содержащий 65-70% Cl2. Взаимодействие TiO2 брикетов и хлора идет с выделением тепла, обеспечивающего необходимые для процесса температуры (~ 950 C в зоне реагирования). Образующийся в хлораторе газообразный TiCl4 отводят через верх, остаток шлака от хлорирования непрерывно выгружают снизу. Солевой хлоратор для производства титана представляет собой футерованную шамотом камеру, наполовину заполненную отработанным электролизом магниевых электролизеров, содержащим хлориды калия, натрия, магния и кальция. Сверху в расплав загружают измельченные титановый шлак и кокс, а снизу вдувают хлор. Температура 800-850 С, необходимая для интенсивного протекания хлорирования титанового шлака в расплаве, обеспечивается за счет тепла протекающих экзометрических реакций хлорирования. Газообразный TiCl4 из верха хлоратора отводят на очистку от примесей, отработанный электролит переодически заменяют. Основное преимущество солевых хлораторов состоит в том, что не требуются дорогостоящее брикетирование шихты. Отводимый из хлораторов газообразный TiCl4 содержит пыль и примеси газов – СО, CO2 и различные хлориды, поэтому его подвергают сложной, проводимой несколько стадий очистке. Производство титана металлотермическое восстановление титана из тетрахлоридаTiCl4 проводят магнием или натрием. Для восстановления магнием служат ап