Влияние вредных примесей (серы, фосфора, неметаллических включений) на качество стали

Задание 1

1. Опишите влияние вредныхпримесей (серы, фосфора, неметаллических включений) на качество стали. Опишите сущность обработки стали синтетическими шлаками.

2. Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.

3. Приведите характеристику литейных свойств сплавов; укажите их влияние на качество отливок. Опишите принципы конструирования отливок с учетом литейных свойств.

Обработка стали синтетическим шлаком

Технология применяется на крупнотоннажных печах емкостью 60-200 т в цехах, имеющих специальную печь для выплавки синтетического шлака. Обработка стали синтетическим шлаком заключается в следующем. В разливочный ковш перед выпуском стали из плавильного агрегата наливают 3...5 % по отношению к массе стали жидкого шлака, содержащего 55 % СаО, 42 % Al2O3, до 3 % SiO2 и 1 % FeO. В завалку вводят до 25% чугуна, известь (1.5-3.5%) и железную руду (2-3%). После расплавления проводят продувку ванны кислородом. Окислительный шлак сливают, в металл водят ферромарганец, рассчитывая на нижний предел содержания марганца в выплавляемой стали, и ферросилиций из расчета введения 0.15-0.20% кремния. Далее наводят небольшое количество (~ 1% от массы металла) известковистого шлака добавками извести, шамота, плавикового шпата. Восстановительный период, как таковой, отсутствует, вместо него проводиться кратковременная (~ 30 мин) доводка, в течение которой сталь доводят до заданных температуры и состава, вводя необходимые легирующие добавки. Раскисление шлака не производят.

Перед выпуском стали из печи сливают 80-90% шлака. Далее выпускают сталь в ковш с залитым туда синтетическим шлаком, который обеспечивает рафинирование металла от серы и неметаллических включений. Во время выпуска в ковш вводят ферросилиций и при необходимости ферротитан и феррованадий. Обычно применяют синтетический известково-глиноземистый шлак (~ 55% CaO и 45% Al2O3), который заливают в ковш в количестве 4-6%.

Затем в ковш по возможности с большей высоты мощной струёй выпускают выплавленную сталь. В результате интенсивного перемешивания стали и шлака поверхность их взаимодействия увеличивается в сотни раз по сравнению с той, которая имеется в печи. Поэтому процессы рафинирования резко ускоряются и для их протекания требуется уже не 1,5...2 ч, как обычно в печи, а примерно столько, сколько уходит на выпуск плавки.

Рафинированная синтетическим шлаком сталь отличается низким содержанием кислорода, серы и неметаллических включений, что обеспечивает ей высокую пластичность и ударную вязкость.

 

Последовательность изготовления формы методом ручной формовки

Ручную формовку широко используют при изготовлении мелких и средних отливок в индивидуальном и мелкосерийном производстве, а также при изготовлении крупных отливок (станины станков, прокатных станов и др.) массой до 200 т и более. На практике используют различные приемы ручной формовки.Формовка в парных опоках по разъемной модели наиболее распространена.

Литейную форму, состоящую из двух полуформ, изготавливают по разъемной модели в такой последовательности: на модельную плиту устанавливают нижнюю половину модели и ставят нижнюю опоку. Модель припудривают припылом, затем засыпают формовочной смесью и уплотняют. Избыток смеси удаляют линейкой и в формовочной смеси душником накалывают отверстия для улучшения вентиляции формы. Готовую полуформу поворачивают на 180°, устанавливают верхнюю половину модели, модель шлакоуловителя, стояка и выпоров. По центрирующим штырям устанавливают верхнюю опоку, засыпают формовочной смесью и уплотняют. После извлечения моделей стояка и выпоров форму раскрывают. Из полуформ извлекают модели, в нижнюю полуформу устанавливают стержень, накрывают нижнюю полуформу верхней и скрепляют или нагружают их. Форма готова под заливку жидким металлом.

Задание 2

1. Перечислите виды листового проката. Перечислите прокатные операции технологического процесса получения листового проката, начиная с указания исходного материала.

2. Опишите техно­логический процесс изготовления поковки способом горячей объем­ной штамповки на паровоздушном молоте. При выполнении работы следует: 1) описать сущность процесса штамповки и указать область ее применения; 2) изобра­зить схему молота и описать его работу; 3) описать механизацию процесса штамповки.

Виды листового проката

Лист горячекатаный – это вид металлопроката, получаемый в результате горячей прокатки стали на прокатном стане и последующей термической обработки. Листы подразделяются на:

Тонколистовой прокат толщиной до 3.9 мм. ГОСТ 16523-89, выпускается в рулонах при толщине листа от 1.2 мм и листах с обрезной кромкой толщиной от 0.4 мм. Также выпускается качественный конструкционный листовой прокат с травленой и нетравленой поверхностью.

Толстолистовой прокат толщиной от 4 до 160 мм. ГОСТ 19903-74, также выпускается в листах толщиной от 0.4 до 160 мм и рулонах толщиной от 1.2 до 12 мм. Бывает в горячекатаном и упрочненном состоянии. Также по ГОСТ 1577-93 выпускается конструкционный листовой прокат с возможностью термической обработки.

Также горячекатаный металлопрокат подразделяется на два вида:

лист низколегированный горячекатаный; Низколегированный лист изготавливается из низкоуглеродистой стали и применяется в промышленности и строительстве для изготовления сварных металлоконструкций.

лист конструкционный горячекатаный; Конструкционный металлопрокат изготавливается из легированной углеродистой стали и применяется при изготовлении ответственных деталей для различных машин и механизмов в промышленности.

Лист холоднокатаный – это вид металлопроката, получаемый в результате холодного проката пластичной стали на прокатном стане. В результате получают высококачественный материал с отличным качеством поверхности.Холоднокатаные листы бывают различной толщины — от 0.35 до 5 мм — и различной твердости.

Лист рифленый — это металлопрокат с нанесенным на поверхность тиснением.Тиснение бывает в виде ромба либо чечевицы. Для изготовления листа используется углеродистая сталь по ГОСТ 380-88. Выпускается в виде листов и рулонов.

Лист оцинкованный – это металлопрокат с нанесенным на одну или обе поверхности антикоррозионным материалом – цинком. Оцинкованные листы относятся к высококачественному металлопрокату. Они выпускаются в соответствии с нормами государственного стандарта ГОСТ 14819-80. Оцинкованную сталь выпускают из углеродистой холоднокатаной рулонной стали.

Гофролист – оцинкованный профилированный лист волнообразной формы.Изготавливается из высококачественной оцинкованной холоднокатаной стали ГОСТ 14819-80.

Просечно-вытяжной лист – особо прочный вид листа с антискользящими свойствами, который изготавливается по ГОСТ 8706-78 и широкоприменяется в строительстве.

Задание 3

Опишите сущность процесса автоматической сварки в среде аргона плавящимся электродом. Укажите методы контроля качества сварного шва.

Список использованной литературы

1. Материаловедение и технология конструкционных материалов; Академия – Москва, 2009. – 448 с.;

2. Колесов И. М. Основы технологии машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов. – М.: Машиностроение, 1997. – 592 с. ил.;

3. Махова Н. С., Поболь О. Н., Сёмин М. И. Основы теории механизмов и машин; Владос – Москва, 2006. – 288 с.;

4. Сварочные работы / В. И. Маслов. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2002. – 240 с., ил.;

5.Неровный В. М. Теория сварочных процессов. М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. – 752 с.

Задание 1

1. Опишите влияние вредныхпримесей (серы, фосфора, неметаллических включений) на качество стали. Опишите сущность обработки стали синтетическими шлаками.

2. Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.

3. Приведите характеристику литейных свойств сплавов; укажите их влияние на качество отливок. Опишите принципы конструирования отливок с учетом литейных свойств.

Влияние вредных примесей (серы, фосфора, неметаллических включений) на качество стали

Примеси в стали подразделяются на постоянные, случайные и вредные. Качество стали определяется содержанием вредных примесей. Основные вредные примеси – это сера и фосфор. Так же к вредным примесям относятся неметаллические включения – газы (азот, кислород, водород), за исключением мышьяка, они присутствуют во всех сталях. Вредными эти примеси прежде всего являются потому, что повышение их содержания понижает сопротивление проката хрупким разрушениям различной природы, особенно вредно эти примеси влияют на свойства сталей, эксплуатируемых при низких температурах. Одна из важных задач современной металлургии – сведение их содержания к разумному минимуму.

Сера (S) попадает в сталь из чугуна (из золы и руды). Содержание серы: S - 0,035 - 0,06% (0,018% S – качественная сталь). Сера нерастворима в железе, она образует с железом соединение FeS. Это соединение образуют с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988°C.

Наличие эвтектики вызывает красноломкость, т.е. хрупкость при высоких температурах. При нагреве до 1000-1200 °C эвтектика, располагающая по границам зёрен, расплавляется и при деформации в стали возникают надрывы и трещины. Поэтому при нагреве стальных заготовок для пластической деформации сталь становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовкаразрушается.

Сера и её соединения при комнатных и пониженных температурах способствует снижению ударной вязкости стали, т. к. разрушение металла идёт по сульфидным включениям. Также сера снижает пластичность стали.

Сернистые включения ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость. Сера облегчает обрабатываемость резанием.

Фосфор занимает особое место среди других элементов, присутствие которых отрицательно сказывается на качестве стали. Фосфор (Р) содержится в пределах 0,025-0,045%. Р. Попадает в сталь в процессе производства из руды, топлива, флюсов. С одной стороны, фосфор является легирующим элементом, сильно упрочняющим феррит и повышающим коррозионную стойкость проката в атмосферных условиях; с другой стороны, повышенное содержание фосфора в стали обусловливает появление хрупкости, снижение ударной вязкости и сопротивления хрупкому разрушению, а также увеличение склонности к образованию кристаллизационных трещин при сварке.

Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает решетку и увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает пластичность и вязкость. Сильное упрочняющее действие фосфора объясняется тем, что в феррите он замещает атомы железа, а так как его атом больше атомов железа, то это приводит к существенному упрочению, но также и к охрупчиванию. Кроме того, фосфор препятствует поперечному микроскольжению, увеличивая тем самым склонность к микроплоскому скольжению, при этом уменьшается количество плоскостей скольжения, особенно с понижением температуры, а также увеличивается склонность железа к двойникованию.

Снижение вязкости тем значительнее, чем больше в стали фосфора.Фосфор значительно повышает порог хладноломкости.Каждая 0,01% Р повышает порог хладноломкости стали на 20-25°C.

Фосфор обладает большой склонностью к ликвации (неоднородность распределения). Фосфор скапливается в серединных слоях слитка, по границам зёрен, сильно снижая ударную вязкость.Фосфор (Р) – усиливает ковалентную (хрупкую) связь и ослабляет металлическую. Фосфор облегчает обрабатываемость стали режущим инструментом (создавая хрупкость).

Скрытыми примесями называют присутствующие в стали газы – азот, кислород, водород – ввиду сложности определения их количества. Газы попадают в сталь при её выплавке.В твёрдой стали они могут присутствовать, либо растворяясь в феррите, либо образуя химическое соединение (нитриды, оксиды). Газы могут находиться и в свободном состоянии в различных несплошностях.

Даже в очень малых количествах азот, кислород и водород сильно ухудшают пластические свойства стали. Содержание их в стали допускается

0,2 - 0,4 %. В результате вакуумирования стали их содержание уменьшается, свойства улучшаются.

Кислород (О2): образует неметаллические включения оксиды - FeO, MnO, Al2O3, SiO2.Азот (N2): образует нитриды - Fe4N, Fe2N, AlN.Кислород и азот в свободном виде располагаются в раковинах, трещинах и др. Эти включения значительно уменьшают ударную вязкость, повышают порог хладноломкости и уменьшают пластичность, при этом повышается прочность стали.

Водород (Н2): при затвердевании часть водорода в атомарном состоянии остаётся в стали. При переходе атомарного водорода в молекулярный повышается давление до 150 МПа, образуя эллипсовидные впадины - флокены, которые являются неисправимым браком. Флокены способствуют сильному охрупчиванию стали.