1463
.pdfН. А. БАРИНОВ, |А. Ф. ЛАНДА|, П. С. ПАУТЫНСКИЛ
ТЕХНОЛОГИЯ
МЕТАЛЛОВ
Под редакцией Н. А. Б а р а н о в а
Д о п у щ е н о
Министерством высшего и среднего специального образования РСФСР в качестве учебника для немашинсстроительных специальностей
высших учебных заведений
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
М о с кв а 1963
АННОТАЦИЯ
Учебник предназначен для студентов техно логических специальностей немашиностроитель ных вузов.
В соответствии с новой программой для не машиностроительных вузов в книге изложены основы металлургии чугуна, стали. Содержатся сведения по металловедению, коррозии, литейному производству, обработке металлов давлением, резанием и сварке.
ОГЛАВЛЕНИЕ
|
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
Предисловие . |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Глава 1%Металлургия чугуна, стали, |
меди, алюминия и магния . |
|
9 |
|||||
Ь Топливо и огнеупорные материалы, |
применяемые |
в ме |
9 |
|||||
|
таллургии . |
|
|
|
|
• |
|
|
|
Топливо ................................................. |
|
|
|
и их свойства . |
|
9 |
|
|
Огнеупорные материалы |
|
14 |
|||||
2. Металлургия ч у г у н а .................... |
|
|
|
|
|
17 |
||
|
Общая характеристика сырья. . |
. |
|
21 |
||||
|
Подготовка руд к доменнойплавке |
|
26 |
|||||
|
Устройство доменной |
печи . |
|
|
29 |
|||
|
Оборудование доменной |
печи ..................................... |
|
|
32 |
|||
|
Физико-химические процессы, протекающие в до |
33 |
||||||
|
менной печи..................................... |
|
|
|
|
|
||
|
Выпуск и разливка чугуна и шлака |
|
36 |
|||||
|
Краткая характеристика |
чугуна |
..................................... |
|
37 |
|||
|
Технико-экономические |
показатели работы доменной |
38- |
|||||
3. |
печи . . . |
|
|
|
|
|
|
|
Производство стали |
..................................... |
|
получениястали . |
|
39 |
|||
|
Конвертерный способ |
|
40 |
|||||
|
Производство стали |
в |
мартеновских печах |
|
50 |
|||
|
Производство стали |
в |
электропечах |
|
62 |
|||
|
Разливка стали |
......................... |
|
|
|
. . |
|
69 |
|
Строение стального |
слитка и его дефекты . |
|
73 |
||||
4. Металлургия меди, |
алюминия, магния и титана |
|
75 |
|||||
|
Получение меди |
|
. . |
|
|
|
75 |
|
|
Производство алюминия |
|
|
|
85 |
|||
|
Производство магния |
|
|
|
|
89 |
||
|
Производство титана |
|
|
|
|
94 |
||
Глава //, Основы металловедения |
и |
термической |
обработки металлов |
102 |
||||
и сплавов . |
|
|
|
|
|
|
||
1. |
Основы металловедения...................... |
|
. . |
. |
102 |
|||
|
Кристаллизация, |
строение и структураметаллов |
|
102 |
||||
2* |
Диаграммы состояния |
стали |
|
|
108 |
|||
Термическая обработка |
|
|
132 |
|||||
|
Закалка и отпуск |
|
|
|
|
|
134 |
|
|
Отжиг |
|
|
|
|
|
|
137 |
|
Поверхностная закалка |
|
|
|
138 |
|||
3. Химико-термическая обработка |
|
|
139 |
|||||
|
Цементация |
|
|
|
|
|
|
140 |
|
Азотирование |
|
|
|
|
|
|
140 |
4. |
Цианирование . . . |
|
|
|
|
|
141 |
|
Легированные стали и сплавы |
|
|
141 |
|
Конструкционные стали общего назначения . |
|
144 |
|||||||
|
Жароупорные стали и сп л авы ............................................. |
|
|
|
145 |
|||||
|
Нержавеющие сплавы |
на основе железа (стали) и на |
147 |
|||||||
|
основе титана |
|
. . . . |
|
. |
|
||||
5* Инструментальные и износостойкие |
легированные ста |
149 |
||||||||
|
ли и сплавы ................ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Инструментальные стали . |
|
|
|
149 |
|||||
|
Твердые сплавы........................ |
|
|
|
|
|
151 |
|||
|
Износостойкие стали и сплавы................................. |
|
|
|
152 |
|||||
6, Стали и сплавы с особыми физическими свойствами |
153 |
|||||||||
|
Реостатные |
сплавы и |
сплавы для |
нагревательных |
153 |
|||||
|
элементов . |
|
|
|
|
|
||||
7, Медь и его сплавы |
|
|
|
|
|
154 |
||||
|
Медь . . . . |
. . |
|
|
|
|
154 |
|||
|
Сплавы меди |
|
|
|
|
155 |
||||
8. Алюминий и его сплавы . |
|
|
|
157 |
||||||
9. Никель и его сплавы |
|
|
|
|
|
159 |
||||
10. Магний и его сплавы |
|
|
|
|
|
160 |
||||
11. Титан и его сп лавы ................. |
|
|
|
|
|
160 |
||||
12* Антифрикционные материалы |
|
|
|
161 |
||||||
Глава III. Коррозия металлов, химически стойкие материалы и методы |
163 |
|||||||||
защиты от коррозии |
|
|
|
|
|
|
||||
1. |
Коррозия металлов..................... |
|
|
|
|
|
163 |
|||
2. |
Химически |
стойкие материалы |
|
|
|
165 |
||||
3. Защита металлов от коррозии . |
|
|
|
170 |
||||||
4* Защитные покрытия |
|
|
|
|
|
172 |
||||
Глава IVь Механические испытания материалов . |
|
|
|
188 |
||||||
1, |
Определение прочности . . . |
|
|
|
188 |
|||||
|
Испытание |
на растяжение |
|
|
|
188 |
||||
|
Испытание на сжатие |
|
|
|
|
192 |
||||
|
Испытание |
на срез . . |
|
|
|
195 |
||||
|
Испытание |
на |
кручение |
|
|
|
195 |
|||
|
Испытание |
на изгиб |
|
|
|
|
197 |
|||
2* Определение |
твердости . . . |
|
|
|
197 |
|||||
|
Испытание стальным |
шариком . . . . |
. . . |
198 |
||||||
|
Испытание стальным шариком и эталоном . |
199 |
||||||||
|
Испытание |
алмазным |
конусом |
и |
стальным |
шари |
199 |
|||
|
ком ......................................... |
|
|
|
|
конусом . |
|
|
|
|
|
Испытание стальным |
|
|
|
200 |
|||||
|
Испытание алмазной пирамидой |
|
|
|
201 |
|||||
|
Испытание падающим бойком |
|
|
|
202 |
|||||
3. Определение |
вязкости |
|
. |
|
|
|
202 |
|||
4. Определение |
выносливости |
|
|
|
203 |
|||||
Глава V. Литейное производство . |
|
|
|
|
|
205 |
||||
1* Производство отливок |
в разовых ф о р м а х ..................... |
|
206 |
|||||||
|
Ивготовление моделей, стержневых ящиков и опок . |
206 |
||||||||
|
Формовочные материалы и смеси и требования, |
208 |
||||||||
|
предъявляемые |
к ним . . . . |
|
|
||||||
|
Приготовление формовочных и стержневых смесей |
222 |
||||||||
|
Изготовление форм . . |
|
|
|
226 |
|||||
|
Ивготовление стержней |
|
|
|
234 |
|||||
|
Сушка форм и стержней |
|
|
|
236 |
|||||
|
Сборка форм |
|
. |
|
|
|
|
237 |
2. |
Свойства литейных |
сплавов................................................. |
238 |
||||||||
|
|
Температура плавления |
и заливки сплавов |
в фор |
239 |
||||||
|
|
мы |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Жидкотекучесть . |
|
|
|
. |
|
241 |
|||
|
|
У с а д |
к а ............................. |
|
242 |
||||||
|
|
Внутренние (литейные) |
напряжения |
|
244 |
||||||
|
|
Поглощение газов. |
|
. |
|
|
246 |
||||
|
|
Ликвидация..................... |
|
|
. . . |
247 |
|||||
3. |
|
Микростроение |
сплавов . . . . |
|
248 |
||||||
Исходные материалы, |
применяемые |
для плавки метал |
250 |
||||||||
|
ла при изготовлении |
отливок . |
|
|
|||||||
|
|
Огнеупорные материалы . |
|
|
250 |
||||||
|
|
Металлические шихтовые материалы |
|
251 |
|||||||
|
|
Топливо |
. . . . |
|
|
251 |
|||||
4. |
|
Флюсы |
|
|
. . . . |
252 |
|||||
Изготовление отливок из чугуна . . |
254 |
||||||||||
|
|
Влияние |
химического состава на структуру и свой |
254 |
|||||||
|
|
ства чугунных отливок . . |
|
|
|||||||
|
|
Виды и классификация чугуна......................... |
256 |
||||||||
|
|
Отливки |
из белого и половинчатого чугуна |
258 |
|||||||
|
|
Отливки |
из серого чугуна |
. . |
. |
259 |
|||||
5. |
|
Получение отливок из легированного чугуна |
261 |
||||||||
Плавильные |
печи |
и плавка |
чугуна |
................ |
267 |
||||||
6. Ковкий чугун и технология изготовления отливок |
275 |
||||||||||
7. |
Стальное |
литье |
. |
|
|
. . . . |
|
|
278 |
||
8., Литье из |
сплавов |
цветных |
металлов . . |
|
282 |
||||||
|
|
Получение отливок из медных сплавов . |
|
282 |
|||||||
|
|
Литье из алюминиевых сплавов |
|
|
286 |
||||||
|
|
Литье |
из |
магниевых |
сплавов . . . . |
|
290 |
||||
9. |
|
Отливки |
из антифрикционных сплавов |
|
291 |
||||||
Специальные |
методы |
литья . . . |
. |
|
292 |
||||||
|
|
Литье в металлические формы (кокиль) |
|
292 |
|||||||
|
|
Литье под давлением |
|
|
|
|
294 |
||||
|
|
Центробежное литье |
. |
. |
. |
|
296 |
||||
|
|
Непрерывное литье |
|
297 |
|||||||
|
|
Литье |
по выплавляемым моделям |
|
298 |
||||||
10. |
Литье в оболочковые формы . |
|
|
301 |
|||||||
Обрубка |
и очистка |
литья |
. . |
|
|
303 |
|||||
11. |
Технический контроль |
в литейном производстве и брак |
303 |
||||||||
|
литья |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Глава VI. Обработка металлов давлением . |
|
|
|
305 |
|||||||
1. Сущность обработки металлов давлением |
|
306 |
|||||||||
2. Нагрев металла при обработке давлением |
|
309 |
|||||||||
3. |
Печи и нагревательные |
устройства |
|
|
314 |
||||||
4. |
Прокатка |
|
|
|
|
|
|
|
319 |
||
5. |
Волочение |
|
|
|
|
|
|
|
334 |
||
6. |
Прессование . |
|
|
|
|
|
|
336 |
|||
7. |
Свободная ковка |
|
|
|
|
. . . |
|
337 |
|||
|
8. |
Штамповка |
. . |
|
давлением |
|
347 |
||||
9. Особенности обработки |
сплавов цветных ме |
364 |
|||||||||
10. |
таллов ..................... |
штамповка |
|
|
|||||||
Холодная объемная |
|
|
364 |
||||||||
11. |
Листовая штамповка |
|
|
|
|
365 |
|||||
Глава VII . Сварка, резка и пайка металлов |
|
|
370 |
||||||||
|
1. |
Дуговая |
электросварка |
|
|
|
371 |
2. Оборудование |
и принадлежности |
для |
электродуговой |
374 |
||||||||
3. |
сварки |
............................................. |
|
обмазки и флюсы |
|
|
|
|||||
Электроды, |
|
............................ |
сварного соеди |
378 |
||||||||
4. Металлуртические основы образования |
380 |
|||||||||||
|
нения ......................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Сварные соединения . . . |
|
|
|
|
382 |
|||||||
6. Техника и режимы сварки ......................................... |
|
|
|
|
385 |
|||||||
7. Электрическая дуговая сварка в защитной среде |
392 |
|||||||||||
8. |
Атомноводородная сварка . |
|
. |
|
|
393 |
||||||
9. |
Контактная |
электрическая сварка |
|
|
394 |
|||||||
10. |
Газовая |
сварка . . . . |
|
|
|
|
|
397 |
||||
И . |
Техника |
газовой |
сварки . |
|
|
|
|
403 |
||||
12. |
Термитная |
сварка |
. |
|
|
|
|
|
404 |
|||
13. |
Свариваемость |
металлов |
|
|
|
. . |
|
405 |
||||
14. |
Наплавка |
твердых |
сплавов |
|
|
|
407 |
|||||
15. Контроль качества сварных соединений |
|
407 |
||||||||||
16. |
Резка |
металлов |
|
|
|
|
|
|
409 |
|||
17. Пайка |
металлов . |
|
|
|
|
|
|
411 |
||||
Глава VIII. Обработка металлов резанием |
|
|
|
|
415 |
|||||||
1. |
Общие . . .сведения |
металлов |
|
|
. |
|
415 |
|||||
2. |
Понятие резания |
|
|
|
416 |
|||||||
3. Металлорежущие инструменты . |
|
|
419 |
|||||||||
|
Инструментальные материалы |
|
|
419 |
||||||||
|
Режущая |
часть |
инструментов |
|
|
426 |
||||||
|
Однолезвийные |
инструменты |
........................ |
|
443 |
|||||||
|
Многолезвийные инструменты с прямолинейным дви |
448 |
||||||||||
|
жением . . |
|
|
|
|
. . . |
||||||
|
Многолезвийные инструменты для обработки отвер |
450 |
||||||||||
|
стий . . |
. |
|
|
|
. |
|
|||||
|
Многолезвийные резьбовые |
инструменты |
453 |
|||||||||
|
Фрезеры |
|
. |
|
. |
|
|
|
|
456 |
||
|
Зуборезные инструменты . . |
|
|
458 |
||||||||
4. |
Шлифовальные инструменты . |
. . |
|
462 |
||||||||
Резание металлов |
|
|
|
. |
|
464 |
||||||
|
Физическая сущность резания металлов |
464 |
||||||||||
|
Сила резания . |
|
|
|
|
|
476 |
|||||
5. |
Скорость |
резания . . . . . |
|
|
481 |
|||||||
Механика |
металлорежущих станков |
|
492 |
|||||||||
|
Передача движения |
. |
|
|
|
|
492 |
|||||
|
Направление движения |
|
|
|
|
503 |
||||||
|
Числа |
оборотов |
|
|
|
|
|
|
508 |
|||
|
Техническая |
характеристика |
|
|
519 |
|||||||
6. Работа |
на металлорежущих |
станках |
. |
524 |
||||||||
|
Настройка станка . |
|
. . |
|
524 |
|||||||
|
Станки с прямолинейным рабочим движением |
531 |
||||||||||
7. |
Станки с вращательным рабочим движением |
536 |
||||||||||
Особые виды механической, электрической и хими |
552 |
|||||||||||
|
ческой обработки металлов |
|
металлов |
|
||||||||
|
Ультразвуковая обработка |
|
552 |
|||||||||
|
Обработка металлов трением |
|
. |
553 |
||||||||
|
Электроискровая обработка |
металлов |
553 |
|||||||||
|
Электрохимикомеханическая обработка металлов |
554 |
П Р Е Д И С Л О В И Е
XXII съезд КПСС поставил важнейшую задачу — |
цостроение |
в течение двух десятилетий материально-технической |
базы ком |
мунизма в нашей стране.
Построение коммунистического общества немыслимо без раз вития всех отраслей народного хозяйства на основе механиза ции и автоматизации технологических процессов, которые бази руются на использовании металлов и других машиностроитель ных материалов.
Курс «Технология металлов» является составной частью
программы высших учебных заведений. |
ч |
маши |
Курс знакомит с современными способами получения |
ностроительных материалов, методами и средствами их перера ботки для придания им требуемых свойств и конфигураций.
Любому инженеру немашиностроительной специальности не зависимо от места работы при современном состоянии и разви тии механизации и автоматизации технологических процессов производства повседневно в работе приходится встречаться с ма шиностроительными материалами и их использованием. Поэтому изучение их может оказать помощь в решении тех или иных тех нических вопросов.
Учебник состоит из следующих глав: «Металлургия чугуна, стали, меди, алюминия и магния», «Основы металловедения и термической обработки металлов и сплавов», «Коррозия метал лов, химически стойкие материалы и методы защиты от кор розии», «Механические испытания материалов», «Литейное про изводство», «Обработка металлов давлением», «Сварка, резка
ипайка металлов» и «Обработка металлов резанием».
Вглаве I говорится об извлечении металлов из руды, о пере работке чугуна в сталь. В этом разделе даны сведения о том, как получить качественный металл, рассмотрены причины дефектов металлических слитков.
Вглаве II даны представления о кристаллизации и строении металлов и сплавов, о структурных изменениях их при различ
ных температурах, о видах и способах термической обработки и влиянии ее на качество стали и других сплавов. В этом разделе рассмотрены также стали и сплавы с особыми физическими свойствами.
Вглаве III приведены сведения о видах коррозии металлов,
охимически стойких материалах и о методах защиты от кор розии.
Глава IV дает представление о методах механических испы таний материалов,
Вглаве V представлены современные рациональные методы производства отливок. Глава VI дает представление о деформа ции металла, о производстве заготовок методом прокатки и во лочения, о современных рациональных методах изготовления поковок и штамповок, о машинах и орудиях, применяемых для ковки и штамповки.
Вглаве VII представлены основные методы сварки и технология изготовления сварных изделий, даны сведения о дефектах сварных швов и их устранении, о сварочных машинах.
Глава VIII дает представление о методах обработки реза нием металла и неметаллических материалов, а также о кон
струкциях металлорежущих станков и приспособлений. Учебник написан коллективом авторов под общей редакцией
канд. техн. наук доц. Н. А. Баринова. Введение'и главы I, III, V r VI, VII написаны канд. техн. наук доц. Н. А. Бариновым. Глава II написана докт. техн. наук проф. А. Ф. Ланда главы IV и VIII написаны канд. техн. наук доц. П. С. Паутынским.
Глава I
МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА, СТАЛИ, МЕДИ, АЛЮМИНИЯ
ИМАГНИЯ
1.ТОПЛИВО И ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МЕТАЛЛУРГИИ
Топливо
Для получения металла из руд и его переработки в металлур гической промышленности и других отраслях производства используют твердое, жидкое и газообразное топливо.
В качестве Твердого топлива применяют каменноугольный кокс, древесный и каменный угли, антрацит и термоантрацит.
Кокс
Коксом называется продукт спекания смеси коксующихся углей, получаемый при удалении из них летучих веществ. Спека ние производится без доступа воздуха в специальных коксоваль ных печах, где угольная смесь нагревается до 950—1000° С. Вре мя коксования колеблется в пределах от 14 до 20 час.
Для получения кокса применяют каменные угли с различны ми содержаниями летучих веществ. В зависимости от их содер жания угли подразделяются на жирные, полужирные’и тощие.
Подготовка угля для коксования заключается в измельче нии до крупности зерна 2 мм, обогащении и смешивании. Из мельчению подвергаются все угли, поступающие для коксования. Угли дробят в щековых дробилках, а затем размалывают в де зинтеграторах.
Обогащению подвергаются угли, содержащие большое коли чество золы (породы). Во время обогащения порода из угля удаляется. Процесс обогащения осуществляется различными спо собами: в отсадочных машинах, на сотрясательных и концентра ционных столах и и минеральных суспензиях большой плотности.
В результате обогащения получается угольный концентрат, идущий на коксование. Промежуточный продукт с низким содер жанием углерода используется на энергетические нужды, а хво-
сты поступают в отвал. Выход угольного концентрата в зависи мости от состава угля и способов обогащения колеблется в пре делах от 66 до 78%,
Выход кокса зависит от содержания летучих в угле и состав ляет 78—82% от веса угля.
Качество кокса определяется его химическим составом, физи ко-химическими и физико-механическими свойствами.
Химический состав кокса определяется:
а. Содержанием летучих, которых должно быть в пределах от 0,9 до 1,25%. Повышенное содержание летучих наблюдается в коксе с недопалом, т. е. с нескоксовавшимся углем. Недопал обладает малой прочностью и истирается.
б. Содержанием золы в коксе, которое колеблется в пределах от 8 до 12—14%. В отдельных случаях получают низкозольный кокс с содержанием золы 5—6% и высокозольный, с содержа нием до 22%. В коксе всегда получают большее количество зо лы, чем в исходном угле, так как на тонну кокса расходуется угля около 1,2 г.
в. Содержанием серы в коксе, которое определяется главным образом ее количеством в коксующихся* углях и находится в пределах от 0,5 до 2,0% и выше.
В углях сера бывает трех типов: пиритная, сульфатная и ор ганическая. При обогащении и коксовании удаляется только ча стично пиритная и сульфатная сера, а органическая сера не уда ляется. Поэтому, чем больше органической серы в углях, тем больше ее будет в коксе.
г. Содержанием фосфора © коксе, которое обычно составляет от 0,01 до 0,05%. При производстве бессемеровских и специаль ных чугунов используют кокс с .минимальным содержанием фос фора.
д. Содержанием влаги в коксе (от 2 до 6%). Крупные куски кокса содержат влаги 3,0—4,0%, а мелочь 10—15%. Повышен ное содержание влаги в коксе искажает весовую характеристику его.
Физико-химические свойства кокса характеризуют реакцион ную способность, горючесть, температуру воспламенения и теп лотворную способность.
Реакционной способностью кокса называется его способность вступать во взаимодействие с СОг и образовывать окись угле рода. Различные сорта кокса имеют различную реакционную спо собность, которая зависит от совершенства кристаллов графита и его пористости.
Горючестью называется скорость горения кокса, она зависит в основном от тех же факторов, что и реакционная способность. Температура воспламенения кокса находится в пределах от 600