Металлургически способы повышения качества стали.

 

Разработан ряд новых и эффективных способов повышения качества стали непосредственно в металлургическом производстве. Эти способы основаны, во-первых, на более полном удалении из сталей газов и вредных неметаллических включений и, во-вторых на изменении химического состава сталей за счет ввода в них специальных легирующих элементов, улучшающих различные свойства сталей.

В выплавленной стали всегда содержится определенное количество газов и неметаллических включений. Содержание газов даже в сотых и тысячных долях процента существенно снижает механические и другие свойства стали.

Неметаллическими включениями, содержащимися в стали, являются соединения железа, кремния, марганца и др. Основными металлургическими способами снижения содержания газов и неметаллических включений в стали являются:

электрошлаковый ее переплав, рафинирование синтетическим шлаком,

вакуумная дегазация, вакуумно-дуговой переплав, переплав в

электроннолучевых печах и др.

Снижение в стали неметаллических включений достигается также изменением сочетания и последовательности введения раскислителей.

При электрошлаковом переплаве из металла, подлежащего обработке, вначале изготавливают электроды, которые затем опускают в сой рабочего флюса, обладающего высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока рабочий флюс плавится и образуется шлак, который выделяет тепло.

Проходя через жидкий шлак, капли металла очищаются от вредных примесей и образуют высококачественный слиток. Этот метод целесообразно применять при получении высококачественных шарикоподшипниковых сталей, жаропрочных сплавов, изготовлении деталей турбин и др.

Сущность обработки металла синтетическим шлаком заключается в том, что жидкую сталь из плавильной печи выливают в ковш со специальным синтетическим шлаком с большой высоты. При бурном перемешивании шлак всплывает, сталь получается чистой. Рафинирование жидким синтетическим шлаком в ковше улучшает макроструктуру стали, удаляет до 70% серы. Этот способ нашел широкое применение при обработке конвертерной, мартеновской стали, а также электрометалла.

Вакуумная дегазация - один из наиболее распространенных способов повышения качества стали- заключается в удалении из стали водорода, кислорода и азота. При вакуумировании резко повышаются механические свойства сталей. основными способами вакуумной обработки являются вакуумирование в ковше, вакуумирование струи металла при переливе из ковша в ковш или при заливке в изложницу и др. Установлено, что при вакуумировании струи содержание водорода в металле снижается на 60-70%, а содержание азота- до 40%. В результате взаимодействия с углеродом металл очищается от кислородных оксидных включений.

Одним из наиболее распространенных способов вакуумирования является вакуумно-дуговой переплав в печах с расходуемым электродом. При этом выплавленную сталь переплавляют повторно в вакуумном пространстве с помощью электрической дуги. В результате оплавления металла в вакууме происходит дегазация и сталь приобретает новые, более высокие механические свойства.

Сущность вакуумирования в электроннолучевых печах заключается в том, что на переплавляемый металл, находящийся в вакуумной камере, направляют электронные лучи из катодов. В процессе воздействия высокой температур металл расплавляется и рафинируется в вакууме.

Существенное влияние на свойства сталей оказывает легирование, намеренное введение в состав сплава соответствующих компонентов. Это приводит к изменению не только механических, химических и технологических, но и специальных свойств сталей. Основными легирующими элементами являются: кремний, марганец, никель, хром, вольфрам, алюминий,

молибден, ванадий, титан, кобальт, медь и другие металлы.

Различные легирующие элементы, водимые в сталь, неоднозначно влияют на ее свойства. Так, кремний является эффективным раскислителем и применяется при получении «спокойной» стали. Как легирующий элемент вводится в сталь для повышения ее прочности, стойкости к коррозии и жаростойкости.

Марганец- важнейший компонент стали. Применение его как легирующего элемента способствует повышению прокаливаемости стали характеризующей глубину закаленной зоны при термической обработке. При введении в сталь 10-12% марганца она размагничивается. Никель повышает прочность и ударную вязкость стали, увеличивает ее прокаливаемость и сопротивление коррозии.

Хром повышает твердость и прочность, сохраняет ударную вязкость сталей, способствует сопротивлению на истирание, резко увеличивает стойкость к коррозии. При введении в сталь более 10% хрома она становится нержавеющей. Вольфрам повышает твердость легированных сталей и улучшает режущие свойства инструментальной стали. Алюминий повышает жаростойкость и коррозийную стойкость стали, а молибден- прочность, упругость, износостойкость и ряд специальных свойств стали. Ванадий повышает твердость, прочность и плотность стали.

На свойства стали влияет углерод, входящий в состав стали. С увеличением содержания углерода до 1.2% твердость и прочность сталей повышается, но снижается пластичность и ударная вязкость; при этом ухудшаются такие технологические свойства сталей, как ковкость свариваемость, обработка резанием и др., одновременно улучшаются литейные свойства сталей.

25. Титан, его свойства и технология получения. Торговые сорта титана. Ти­тановые сплавы, маркировки по нормативно-технической документации. При­менение титана и его сплавов.

Титан обладает высокой коррозионной стойкостью, он устойчив к разбавленной и концентрированной азотной кислоте. Титан интенсивно взаимодействует лишь с соляной, серной, плавиковой и ортофосфорной кислотами. Его температура плавления 1665 ˚С. Мех. св-ва титана зависят от содержания в нем примесей – кислорода, азота, углерода, водорода, которые снижают пластичность и свариваемость титана, повышают его тв. прочность и ухудшают сопротивление коррозии. Он обладает наиболее высокой удельной прочностью, чистый титан обладает достаточно высокой пластичностью. Титан легко прокатывается, куется, штампуется, хорошо сваривается, однако и имеются и ряд недостатков: низкая теплопроводность, низкие антифрикционные св-ва, плохая обрабатываемость резанием.

Основными промышленными рудами, из которых получают титан, яв-ся рутил и ильменит. Руды подвергают обогащению, в результате чего получают титановые концентраты. Ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углем, антрацитом в руднотермических печах. На выходе образуется железо и титановый шлак. Основной продукт этого процесса яв-ся титановый шлак. В железо в дальнейшем добавляется углерод и получается чугун. Титановый шлак подвергают хлорированию в специальных печах при температуре 800-1250°С, в результате образуется четыреххлористый титан. Четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов благодаря различной температуре их кипения, а затем восстанавливается в реакторах при темп. 950-1000°С. После взаимодействия с жидким магнием с парообразным четыреххлористым титаном происходит реакция, в результате которой происходит спекание твердых частиц титана и получается губка титана. Она содержит 35-40% магния и хлористого магния, которые удаляются при нагреве титановой губки в вакууме до 900-950°С. Полученные слитки имеют дефекты, поэтому их вторично переплавляют. После этих процедур чистоты титана составляет 99,6-99,7%. Готовые слитки используются для обработки давлением и получают все виды полуфабрикатов и готовой продукции. Весь этот процесс достаточно трудоемок, что объясняет высокую стоимость титана.

В зависимости от хим. состава и мех свойств установлены след. марки губчатого титана: ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, ТГ-120, ТГ-130, ТГ-150 и ТГ-Тв.

ТГ – титан губчатый, Тв – твердый, цифры90, 100, 110 и т.д. – твердость в единицах Бринелля НВ. Переплавленный титан поставляют марок ВТ-00 и Вт1-1-2. Буква В – высокопрочный титан.

Для повышения прочности и жаростойкости и улучшения коррозионной стойкости титана его легируют алюминием, молибденом, ванадием, хромом, марганцем, цирконием, кремнием и др.

При введении алюминия (3-5%) в сплав титана удешевляет его, снижает его плотность, повышает удельную прочность. Такие титановые сплавы назвают деформируемые титановые сплавы (α-сплавы однофазные). Маркируются ВТ1-00, ВТ1-0, АТ3 (сплав системы титан-алюминий).

(α+β) – сплавы двухфазные. Они легированы алюминием (4-6%) и злеем., делающими β-фазу стабильной. Эти сплавы обладают наиболее благоприятным сочетание мех. и технологических св-тв., плохо обрабатываются резанием и ограниченно свариваются.(ВТ6, ВТ3-1, ВТ8, ВТ9, ВТ14, ВТ22).

β-сплавы однофазные. Достаточно сильно легированы большим кол-вом дефицитных элементов: молибденом, танталом, ниобием и др. Они удорожают сплав и понижают удельную прочность.

Литейные титановые сплавы (ВТ5Л, ВТ14Л, ВТ6Л, ВТ9Л, ВТ3-1л). В них допускается большее содержание примесей. Мех. св-ва литейных титанов ниже, чем у деформируемых.

 

№26.

Из всех цвет мет медь нашла самое широк примен. Ее плотн 8,94. медь облад самой высок электропроводн после серебра. Cu - химич мало активен, легко обрабат давлением, но плохо резаньем. Ее примен в виде листов, прктков, труб, провол.

Технолог получ меди: в земн коре Cu встреч преимущ-но в виде сульфидных и частично в виде оксидных руд. Все медные руды относ бедны, поэтому их обогащ-т. осн способ - флотация, основан на различной способности тонкоизмельч частиц рудных минералов и пустой породы смачив-ся реагентами.

Сначала в пламенных печах получают штейн - расплав с осдерж Cu -20-50%, железа -20-40%, серы -22-25%, кислорода -8% и различн примеси. Для получ черновой Cu расплавленный штейн через горловину заливают в конвектор горизонт типа. Расплавл штейн продув воздухом и подают кварцевый флюс. Выдел два период процесса:1.происход окисл сульфидов железа и ошлакование оксида железа, 2.происход окисл сульфидов меди. Затем в результат взаимодейст сульфида Cu с ее оксидом выделяется черновая Cu.

Рафинирование Cu производ огневым (в отражающ печах) и электролитич способ-ми (для получ высококач Cu и для выдел из нее др мет).

Следующ марки: М00- 99,99% Cu, М0 - 99,95% Cu, М1 и М2 и М3 -практич не содерж примес кислорода, М1р и М2р и М3р - отлич содерж примес кислорода, М4 - мин содер примесей.

Медные сплавы наиб широко примен: 1.латуни, 2.бронза.

1. - это сплав Cu и цинка. В завис-ти от числа компонентов различ: двукомпонентные (Cu и цинк), многокомпонент.

В завис от назнач и способа прои-ва латуни делян на: литейные, деформируемые.

Просте латуни состоят тока из Cu и цинка, принцип маркировки снач буква Л а затем средн содерж Cu, для вычис цинка надо отнять от 100 содерж Cu. Обычно в прост лат содерж цинка не превыш 45%. Цинк повыш прочность и пластичн CuМаксим пластичн в лат с содерж 30% цинка, максим прочность с 45%. Цинк более деш мат-л, чем Cu, поэтому введ цинка одноврем с повыш мех, технологич и антифракцион св-в привод к снижен стоим-ти. Марки: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л63, Л60.

Многокомпонент латуни содерж от 1 до 11% различн лег элементов. При маркировке спец латуней за буквой Л ставятся буквы легир Эл-ов, кр-ме цинка. Затем идут цифры содерж лег Эл-ов 1ая содерж Cu, а затем содерж лег Эл-ов (ЛАЖМц66-6-3-2 - Cu -66%, алюм -6%, желез -3%, магния -2%, цинк -100-66-6-3-2=23%).

2. - это все медные сплавы за исклюю латуни, это сплавы Cu - олово - алюм - кремний- беррилий - др Эл-ты.

По хим сост делят на: оловянные и безоловянные. По способу произ-ва делят на: деформируемые, литейные.

Принцип маркировки: нач с букв БР, затем буквы легир Эл-ов, затем %ое их содерж.

Оловянные бронзы обладают высок мех св-ми, лмтейными и антифрикц, хорошей корроз стойкостью и обрабат-ю резаньем. Однако имеют огранич примен из-за дефицитн и дороговизн олова. С повыш содерж олова твердость бронзы возраст, а вязкость уменьш.

Не содер дефицитн олова - безоловянные. В зависим-ти от осн лег Эл-та делят на: алюминивые, кремнистые, берриливые идр.

 

28. Лист -эксцентрики, прокатные балки, бандажи, пружинные кольца, диски сцепления.

Круг -для изготовления инструментов, работающих в условиях не вызывающих разогрева режущей кромки; обработки дерева, фрез, зенковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых.

Шестигранник -поршневые пальцы и кольца, зубчатые колёса, втулки, крестовины карданов, распределительные и червячные валы, копиры.

Балка двутавровая – опоры, заклёпки, котельные связи.

Арматура – коленчатые, распределительные и карданные валы, оси, полуоси, рычаги сцепления, вилки переключения передач, поршневые штоки, зубчатые колёса, болты и др.

Уголок -для изготовления из заготовок после нормализации с отпуском или закалки с отпуском зубчатых колес, прокатных валков, тяжелонагруженных валов, осей, бандажей, малонагруженных пружин и рессор, пальцев звеньев гусениц, муфт сцепления коробок передач, корпусов форсунок и других деталей, работающих на трение; колец цельнокатаных различного назначения.

Труба -стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые балки, двутавры и другие детали вагоностроения, детали экскаваторов, элементы сварных металлоконструкций.

Квадрат -для производства двутавровых балок, швеллеров, угловой стали, применяемых в металлоконструкциях общепромышленного назначения; рельсов двухголовых, тавровых.