Сущность и схемы, технологические возможности осн. Видов гош.

Наличие большого разнообразия форм и размеров штампованных поко­вок, а также сплавов, из которых их штампуют, обусловливает существова­ние различных способов штамповки.

Так как характер течения металла в процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно считать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах.

Штамповка в открытых штампах (рис. 3.23, а) характеризуется перемен­ным зазором между подвижной и непо­движной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла — облой, ко­торый закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл целиком заполнить всю полость. В ко­нечный момент деформирования в об­лой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высоких требований к точности заготовок по массе. Облой затем обрезается в специальных штам­пах.

Штамповка в закрытых штампах (рис. 3.23, б, в)

Схема технологического процесса штамповки в основном определяется конфигурацией и размером детали, ко­торую необходимо получить.

При получении поковки в открытом штампе прежде всего необ­ходимо правильно выбрать поверх­ность разъема, т. е. поверхность, по которой соприкасаются между собой верхняя и нижняя половины штампа. Обычно эта поверхность является плос­костью или сочетанием плоскостей. Плоскость разъема должна быть вы­брана такой, чтобы поковка свободно вынималась из штампа.

Припуски на механическую обработ­ку назначают главным образом на сопрягаемые поверхности детали. При­пуск зависит от габаритных размеров и массы поковки, от вида оборудования штамповки, шероховатости обрабаты­ваемой поверхности детали; припуск выбирают по ГОСТу.

Для облегчения заполнения полости штампа и извлечения из нее поковки боковые поверхности последней долж­ны иметь штамповочные уклоны. Шта­мповочные уклоны назначают сверх припуска; они повышают отход метал­ла при механической обработке и утя­желяют поковку. Уклон зависит от глубины и сложности полости.

При штамповке в штампах с одной плоскостью разъема нельзя получить сквозное отверстие в поковке, поэтому наносят только наметку отверстия с пе­ремычкой-пленкой, удаляемой впоследствии в специальных штампах. Штам­повкой не всегда можно получить пол­ностью требуемую конфигурацию по­ковки, поэтому на отдельных участках поковок могут быть сделаны напуски, упрощающие форму.

При штамповке в открытых штампах вдоль внешнего контура полости выпол­няют специальную облойную ка­навку штампа.

 

8. Физико-химические процессы при выплавке стали (на примере мартеновских и электродуговых печах)

Основными материалами для про­изводства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Со­держание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне.

Поэтому сущностью любого метал­лургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Примеси отличаются по своим фи­зико-химическим свойствам, поэтому для удаления каждой из них в плавиль­ном агрегате создают определенные условия, используя основные законы физической химии.

В соответствии с законом действую­щих масс скорость химических реакций пропорциональна концентрации реаги­рующих веществ. Поскольку в наиболь­шем количестве в чугуне содержится железо, то оно окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильной печи:

Fe+l/2O₂ = FeO + Q кДж.

Одновременно с железом окисляются Si, P, С, Мn и др.

Образующийся оксид железа при вы­соких температурах отдает свой кис­лород более активным элементам — примесям в чугуне, окисляя их. Чем больше оксида железа содер­жится в жидком металле, тем активнее окисляются примеси. Для ускорения окисления примесей в сталеплавильную печь добавляют железную руду, ока­лину, содержащие много оксидов же­леза. Таким образом, основное коли­чество примесей окисляется за счет кислорода оксида железа.

Скорость окисления примесей зависит от температуры металла и подчиняется принципу Ле Шателье, в соответствии с которым химические реакции, выде­ляющие теплоту, протекают интенсив­нее при более низких температурах или при некотором понижении температу­ры, а реакции, поглощающие теплоту, протекают активнее при высоких тем­пературах или при некотором повыше­нии температуры. Поэтому в начале плавки, когда температура металла не­высока, интенсивнее идут процессы оки­сления кремния, фосфора, марганца, протекающие с выделением теплоты, а углерод интенсивно окисляется толь­ко при высокой температуре металла (в середине и конце плавки).

После расплавления шихты образуются две не­смешивающиеся среды: жидкий металл и шлак. Металл и шлак разделяются из-за различных плотностей. В соот­ветствии с законом распределения (за­кон Нернста), если какое-либо вещество растворяется в двух соприкасающихся, но несмешивающихся жидкостях, то распределение вещества между этими жидкостями происходит до установле­ния определенного соотношения (кон­станты распределения), постоянного для данной температуры. Поэтому боль­шинство компонентов (Mn, Si, P, S) и их соединения, растворимые в жид­ком металле и шлаке, будут распре­деляться между металлом и шлаком в определенном соотношении, харак­терном для данной температуры.

Используя изложенные законы, про­цессы выплавки стали осуществляют в несколько этапов.

Мартеновская печь — пламенная отражательная регенеративная печь..

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса: 1) скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25—45% чушкового предельного чугуна, 2) скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55—75%), скрапа и железной руды; процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи. Наибольшее количество стали производят скрап-рудным про­цессом в мартеновских печах с основ­ной футеровкой, что позволяет пере­делывать в сталь различные шихтовые материалы.

Плавка стали скрап-рудным процессом в основной мартеновской печи. В печь с помощью завалочной машины за­гружают железную руду и известняк и после их подогрева подают скрап. По окончании прогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун, который вза­имодействует с железной рудой и скра­пом. В период плавления за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна.

После расплавления шихты, окисле­ния значительной части примесей и ра­зогрева металла проводят период «кипе­ния» ванны: в печь загружают желез­ную руду и продувают ванну подава­емым по трубам кис­лородом. В это время отключают подачу в печь топлива и воздуха и уда­ляют шлак.

Для удаления из металла серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита или плавикового шпата для уменьше­ния вязкости шлака. Содержание СаО в шлаке возрастает, a FeO уменьша­ется. Это создает условия для интен­сивного протекания реакций (7) и (8) и удаления из металла серы.

В период «кипения» углерод интен­сивно окисляется. В процессе «кипения» металл доводится до заданного химического состава, его температура выравнивается по объему ванны, из него удаляются газы и не­металлические включения. Процесс «ки­пения» считают окончившимся, если содержание углерода в металле соот­ветствует заданному, а содержание фо­сфора минимально.

После этого металл раскисляют в два этапа: 1) в период «кипения» прекращают загрузку руды в печь, вследствие чего раскисление идет путем окисления углерода металла, одновре­менно подают в ванну раскислители — ферромарганец, ферросилиций, алюми­ний; 2) окончательно раскисляют алю­минием и ферросилицием в ковше при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в сталеразливочный ковш через отвер­стие в задней стенке печи.

В основных мартеновских печах вы­плавляют стали углеродистые конст­рукционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кро­ме высоколегированных сталей и спла­вов, которые получают в плавильных электропечах.

Качественные стали выплавляют кислым мартеновским процессом. Применяют шихту с низким содержани­ем фосфора и серы. Стали, выплав­ляемые в кислых мартеновских печах, содержат меньше водорода и кислоро-регенератив­ная печь. да, неметаллических включений, чем выплавленные в основной печи. По­этому кислая сталь имеет более высо­кие механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, и ее используют для особо ответственных деталей: коленчатых валов крупных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

Дуговая электросталеплавильная печь. В этих печах в качестве источника теплоты используют электрическую дугу, возникающую между электродами и металлической шихтой.

Применяют два вида технологии плавки в дуговой основной печи: на шихте из легированных отходов (методом переплава) и на углеродистой шихте (с окислением примесей).

Плавку на шихте из легированных отходов с низким содержанием фосфора проводят без окисления примесей. Шихта для такой плавки, кроме пониженного содержания фосфора, должна иметь меньшее, чем в выплавляемой стали, количество марганца и кремния. По сути это переплав. Однако в процессе плавки за счет кислорода некоторые примеси (алюминия, титана, кремния, марганца, хрома) окисляются. Кроме того, шихта может содержать окислы. Поэтому после расплавления шихты металл раскисляют, удаляют серу, наводят основный шлак, при необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического состава. Раскисляют ферросилицием, алюминием, молотым коксом. При этом окислы легирующих элементов восстанавливаются и переходят из шлака в металл. Таким способом плавки получают легированные стали из отходов машиностроительных заводов.

Плавку на углеродистой шихте чаще применяют для производства конструкционных углеродистых сталей. Эту плавку проводят за два периода: окислительный и восстановительный. После заправки печи, удаления остатков металла и шлака предыдущей плавки, исправления поврежденных мест футеровки в печь загружают шихту: стальной лом (до 90%), чушковый передельный чугун (до 10%), электродный бой или кокс для науглероживания металла и 2-3% извести.

По окончании завалки шихты электроды опускают вниз и включают ток; шихта под электродами плавится, металл накапливается на подине печи. Во время плавления шихты начинается окислительный период плавки: за счет кислорода воздуха, окислов шихты и окалины окисляется кремний, марганец, углерод, железо. Вместе с окисью кальция, содержащейся в извести, окислы этих элементов образуют основный железистый шлак, способствующий удалению фосфора из металла.

После нагрева металла и шлака до 1500-1540° С в печь загружают руду и известь. Содержащийся в руде кислород интенсивно окисляет углерод и вызывает кипение ванны жидкого металла за счет выделяющихся пузырьков окиси углерода. Шлак вспенивается, уровень его повышается; для выпуска шлака печь наклоняют в сторону рабочего окна и он стекает в шлаковую чашу.

Кипение металла ускоряет нагрев ванны, удаление из металла газов, неметаллических включений, способствует удалению фосфора. Шлак удаляют, руду и известь добавляют 2-3 раза. В результате содержание фосфора в металле снижается до 0,01% и одновременно за счет образования окиси углерода при кипении уменьшается и содержание углерода. Когда содержание углерода становится меньше заданного на 0,1%, кипение прекращают и полностью удаляют из печи шлак. Этим заканчивается окислительный период плавки.

Восстановительный период плавки включает раскисление металла, удаление серы и доведение химического состава до заданного. После удаления окислительного шлака в печь подают ферромарганец в количестве, обеспечивающем заданное содержание марганца в стали, а также производят науглероживание, если выплавляют высокоуглеродистые стали (до 1,5% С).