- •1.Металлы. Строение и свойства металлов. Металлическая связь. Типы кристаллических решёток металлов. Полиморфизм и анизотропия.
- •2.Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения. Зависимость между плотностью дефектов и прочностью металлов.
- •3.Термодинамические основы фазовых превращений. Процессы плавления и кристаллизации.
- •9. Конструкционная прочность материалов
- •Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений
- •Классификация сплавов твердых растворов
- •Вопрос 11. Стали
- •Вопрос 12.
- •13Классификация углеродистых сталей.
- •14. Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства стали
- •15. Углеродистая сталь обыкновенного качества общего назначения. Химический состав, свойства, обозначение, применение.
- •15Углеродистая сталь обыкновенного качества общего назначения. Химический состав, свойства, обозначение, применение.
- •18. Общая характеристика процесса графитизации. Классы чугунов по структуре металлической основы. Белый и отбеленный чугун.
- •19. Серый, высокопрочный и ковкий чугун. Строение, свойства, условия получения, обозначение, применение.
- •16 Углеродистая качественная конструкционная сталь. Химический состав, свойства, обозначение, применение
- •17. Углеродистая инструментальная сталь. Химический состав, свойства, обозначение, применение.
- •20.Теория термической обработки стали. Фазовые превращения при нагреве. Рост зерна аустенита при нагреве.
- •21.Перлитное и мартенситное превращение
- •22. Влияние то на свойства стали. Виды то.
- •23. Отжиг и нормализация стали. Отжиг первого и второго рода.
- •24. Способы закалки стали, охлаждающие среды.
- •31.Рессорно-пружинные стали
- •34.Инструментальные легированные стали. Общая характеристика, примеры, применение.
- •35. Бронза и латунь. Общая характеристика, обозначение, применение
- •36. Литейные и деформируемые алюминиевые сплавы
- •38 Получение чугуна. Исходные материалы. Сущность процесса доменной плавки
- •39 Устройство и работа доменной печи схема
- •40. Выплавка стали. Исходные материалы, их подготовка. Сущность процесса
- •41 Способы выплавки стали.
- •42 Производство стали в мартеновских печах. Материалы, устройство мартеновской печи(схема). Продукция мартеновского производства.
- •45 Специальные методы литья
- •46. Классификация процессов обработки давлением
- •47. Нагрев при обработке металлов давлением. Понятие о температурном интервале
- •48. Горячая объемная штамповка. Сущность, схемы и способы гош: в открытых и закрытых штампах, их особенности, преимущества и недостатки
- •55.Контактная сварка
- •56. Классификация методов обработки резанием
- •57. Класификация металлорежущих станков
- •61.Классификация этм. Свойства и количественные характеристики проводников.
- •62.Проводниковые материалы и их применение. Материалы с высокой проводимостью. Материалы с высоким удельным сопротивлением. Резистивные материалы. Материалы и сплавы различного назначения.
- •63.Поляризация диэлектриков. Механизмы поляризации. Виды поляризации.
- •67. Электропроводность, фотопроводимость полупроводников
- •68. Классификация полупроводниковых материалов
- •69. Методы получения монокристаллов
- •72. Магнитные материалы их свойства и применение
- •73. Магнитомягкие материалы
- •74. Магнитотвёрдые материалы
40. Выплавка стали. Исходные материалы, их подготовка. Сущность процесса
Выплавка стали — это не что иное, как выжигание содержащегося в чугуне углерода, а так же углерод, кремний, фосфор, сера и азот.
Металл, используемый для выплавки стали представляет собой сплав железа с углеродом. Если нужно получить продукцию с какими-нибудь специальными свойствами (высокой прочностью, устойчивостью против коррозии, жаропрочностью и т. п.), то в нее добавляют различные элементы: хром, никель, вольфрам. Элементы, вводимые в нее, называются легирующими. Их суммарное содержание обычно не превышает 30%, а часто бывает всего лишь 1-2%, и поэтому во всех случаях основой остается железо. Рассмотрим его структуру подробнее.
Процессы выплавки стали осуществляют в три этапа.
Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.
Температура металла сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей: кремния, марганца и фосфора.Наиболее важная задача этапа – удаление фосфора.
Второй этап. Кипение металлической ванны, которое начинается по мере прогрева к более высоким температурам. Следовательно, при повышении температуры быстрее протекает реакция окисления углерода, которая происходит с поглощением теплоты.
Для того что бы, произошли окисления углерода в металл необходимо ввести малое количество руды.
Для удаления серы также создаются условия. В стали сера находится в виде сульфида, который тоже растворяется в главном шлаке. Если температура высокая, то количество сульфида железа растворяется в шлаке больше и взаимодействует с оксидом кальция.
Третий этап. Следовательно, сталь раскисляется в восстановлении оксида железа, который растворён в жидком металле.Существуют два способа раскисления стали: осаждающее и диффузионное.Принцип осаждающего раскисления заключается в том, что большее количество в ней кислорода переводят в нерастворимые оксиды элементов - раскислителей.Диффузионное раскисление взаимодействует со специальным шлаком и за счёт этого происходит процесс снижения концентрации кислорода в расплаве стали.Стали выплавляют в зависимости от степени раскисления:
а) спокойные,
б) полуспокойные,
в) кипящие.
При полном раскислении в печи и ковше получается спокойная сталь.
Полуспокойная сталь раскисляется промежуточно между спокойной и кипящей. Кипящая же сталь раскисляется в печи не полностью.
В различных по принципу действиях металлургических агрегатах, таких как мартеновских печах, электрических печах и кислородных конвертерах, чугун переделывается в сталь.
41 Способы выплавки стали.
1)кислородно-конвертерный; 2)мартеновский; 3)электроплавильный.
кислородно-конвертерный -- выплавка стали производиться в конвертере, представляющим собой стальной сосуд грушевидной формы, выложенный внутри огнеупорным кирпичом. Для получения стали ,в конвертер заливают жидкий чугун, имеющий высокую температуру (1250-1400 С) и загружают известняк, металлолом. Затем подают кислород под давлением. При этом кислород быстро выжигает из чугуна избыток углерода и др. примесей, известь взаимодействует с фосфором, серой и переводит их в шлак. По ходу плавки берут пробы металла на экспресс-анализ. Если содержание углерода соответствует заданному продувку кислородом прекращают и сталь сливают в ковш, а шлак сливают через специальное отверстие. Наличие в жидком металле растворенных газов является причиной образования в слитке пустот, снижающих свойства стали. Для предотвращения образования пустот необходима дегазация жидкой стали до разлива ее в изложницы. Наиболее полная дегазация достигается обработкой стали в вакуумных камерах, в результате которой значительно повышаются плотность слитка и физико-механические свойства металла. После раскисления и дегазации сталь разливают по изложницам.
Преимущества конвертерного способа: 1)высокая производительность; 2)компактность и простота устройства конвертера; 3) низкая себестоимость стали.
Недостатки: 1)в конвертерах перерабатывается только жидкий чугун, а переработка металлолома возможна в небольшом количестве (до 10%); 2)в процессе продувки наряду с выгоранием углерода и других примесей выгорает немалая часть железа (потери металла составляют 10-15%); 3)процесс получения стали вследствие большой скорости с трудом поддается регулированию, что сокращает возможность получения стали точно определенного состава.
Мартеновский способ: Основной принцип действия — вдувание раскаленной смеси горючего газа и воздуха в печь с низким сводчатым потолком, отражающим жар вниз, на расплав. Нагревание воздуха происходит посредством продувания его через предварительно нагретый регенератор (специальная камера, в которой выложены каналы огнеупорным кирпичом). Нагрев регенератора до нужной температуры осуществляется очищенными горячими печными газами. Происходит попеременный процесс: сначала нагрев регенератора продувкой печных газов, затем продувка холодного воздуха. Мартеновский способ также зависит от состава шихты, используемой при плавке
Преимущества мартеновского способа: процесс плавки хорошо поддается управлению, что дает возможность получать сталь высокого качества и определенного состава;
1.возможность использования постоянно возрастающих ресурсов вторичного сырья (отходы сталелитейного производства, отходы металлообработки, амортизационный лом, который образуется в процессе эксплуатации машин и металлических изделий). Недостатки:
значительный расход топлива.
Производство стали в электрических печах (дуговые и индукционные печи) является более совершенным, чем предыдущие способы. Наиболее широкое распространение в металлургической промышленности поучили дуговые электрические печи. При плавке стали в дуговых электропечах в состав шихтовых материалов входят в основном стальной лом и скрап с добавками чугуна, железной руды, флюсов, раскислителей и ферросплавов. В этих печах плавку металла осуществляют теплом, выделяемым электрической дугой, образуемой между электродами и металлом (служащим вторым электродом) (температура до 3500°С).
В индукционных печах плавку металла осуществляют теплом, выделяемым от вихревых токов, образующих от подачи на корпус индуктора тока высокой частоты. Плавку ведут быстро, поэтому металл не успевает сильно окислиться. Плавка в индукционных печах ведется в воздушной среде или вакууме.
Преимущества способа получения стали в электропечах: 1. создание высокой температуры в плавильном пространстве печи дает возможность быстро проводить плавку;получать сталь и сплавы любого состава;
2.использование известкового шлака, способствует хорошему очищению металла от вредных примесей серы и фосфора;
3.возможность ведения плавки при всех режимах и условиях производства;
4.создание воздушной среды или вакуума в печи способствует хорошему раскислению и дегазации стали.