Доход и прибыль. Виды и функции прибыли

 

 

Содержание

 

1   Понятие о стали. Сущность процесса передела чугуна в сталь 2

2   Диаграмма состояния железо-цементит. Практическое значение диаграммы 5

3  Испытание материалов на растяжение. Определение предела текучести 10

4  Технология термической обработки. Обработка стали холодом 14

5   Антифрикционные материалы. Их состав, применение и маркировка 16

6  Пластические массы. Основные свойства пластмасс 22

7   Начертите диаграмму состояния сплавов железа с углеродом. Покажите на ней  структуры по всем ее зонам, а также характерные линии и точки (ликвидус, солидус, точки эвтектики, критические точки Ас3, Ас1, Асм.  Справа от диаграммы  постройте кривую медленного охлаждения сплава от 1600 до 6000 С с заданным содержанием углерода. Опишите превращения, происходящие в заданном сплаве. Дайте определения всем образующимся  по ходу охлаждения структурам. 23

8  Часть 1. Укажите назначение, определите температуры нагрева, время нагрева, скорость охлаждения и охлаждающие среды для  отжига, нормализации, закалки и отпуска детали из углеродистой стали, заданной в варианте задания. 25

9  Назовите материал, расшифруйте марку и укажите назначение материалов, указанных в таблице 30

10  Подберите марку сплава (материал) для изготовления изделий 32

Список литературы 33

 

 

 

 

 

 

1   Понятие о стали. Сущность процесса передела чугуна в сталь

 

Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5% углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твёрдость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения.

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).

Содержание  углерода и примесей в стали значительно  ниже, чем в чугуне. Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь – снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Железо  окисляется в первую очередь при  взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:

.

Одновременно  с железом окисляются кремний, фосфор, марганец и углерод. Образующийся оксид  железа при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.

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. Для этого желательно проведение плавки в основной печи, где шлак содержит . Фосфорный ангидрид образует с оксидом железа нестойкое соединение . Оксид кальция – более сильное основание, чем оксид железа, поэтому при невысоких температурах связывает и переводит его в шлак:

.

Для удаления фосфора необходимы невысокие температура  ванны металла и шлака, достаточное  содержание в шлаке  . Для повышения содержания в шлаке и ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду и окалину, наводя железистый шлак. По мере удаления фосфора из металла в шлак, содержание фосфора в шлаке увеличивается. Поэтому необходимо убрать этот шлак с зеркала металла и заменить его новым со свежими добавками .

Второй  этап – кипение металлической  ванны – начинается по мере прогрева до более высоких температур.

При повышении  температуры более интенсивно протекает  реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты:

.

Для окисления  углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают  кислород.

При реакции  оксида железа с углеродом, пузырьки оксида углерода выделяются из жидкого металла, вызывая «кипение ванны». При «кипении» уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объ¨му ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам , а также газы, проникающие в пузырьки . Вс¨ это способствует повышению качества металла. Следовательно, этот этап - основной в процессе выплавки стали.

Также создаются  условия для удаления серы. Сера в стали находится в виде сульфида ( ), который растворяется также в основном шлаке. Чем выше температура, тем большее количество сульфида железа растворяется в шлаке и взаимодействует с оксидом кальция :

Образующееся  соединение растворяется в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.

Третий  этап – раскисление стали заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.

При плавке повышение содержания кислорода  в металле необходимо для окисления  примесей, но в готовой стали кислород – вредная примесь, так как  понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.

Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.

Осаждающее  раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо.

В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: , которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.

Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. Следовательно, оксид железа, растворённый в стали переходит в шлак. Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество .

В зависимости  от степени раскисления выплавляют стали:

а) спокойные,

б) кипящие,

в) полуспокойные.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.

Кипящая сталь раскислена в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода: ,

Образующийся  оксид углерода выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично – в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Легирование стали осуществляется введением  ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа ( ), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа ( ), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.

 

 

 

 

 

2   Диаграмма состояния железо-цементит. Практическое значение диаграммы

 

Железоуглеродистые  сплавы – стали и чугуны –  важнейшие металлические сплавы современной техники. Производство чугуна и стали по объему превосходит  производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять раз.

Диаграмма состояния железо – углерод дает основное представление о строении железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов.

Начало  изучению диаграммы железо – углерод  положил Чернов Д.К. в 1868 году. Чернов впервые указал на существование  в стали критических точек  и на зависимость их положения  от содержания углерода.

Диаграмма железо – углерод должна распространяться от железа до углерода. Железо образует с углеродом химическое соединение: цементит –  . Каждое устойчивое химическое соединение можно рассматривать как компонент, а диаграмму – по частям. Так как на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода до , то рассматриваем часть диаграммы состояния от железа до химического соединения цементита, содержащего углерода.

Диаграмма состояния железо – цементит представлена на рис. 1.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1. Диаграмма состояния железо - цементит 

 

Компоненты и  фазы железоуглеродистых сплавов 

 

Компонентами  железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит.

1. Железо  – переходный металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую температуру плавления – 1539^o С 5^o С.

В твердом  состоянии железо может находиться в двух модификациях. Полиморфные  превращения происходят при температурах 911^o С и 1392^o С. При температуре ниже 911^o С существует с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392^o С устойчивым является с гранецентрированной кубической решеткой. Выше 1392^o С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и называется или высокотемпературное . Высокотемпературная модификация не представляет собой новой аллотропической формы. Критическую температуру 911^oС превращения обозначают точкой , а температуру 1392^o С превращения - точкой А₄.

При температуре  ниже 768^o С железо ферромагнитно, а выше – парамагнитно. Точка Кюри железа 768^o С обозначается А₂.

Железо  технической чистоты обладает невысокой  твердостью (80 НВ) и прочностью (предел прочности –  , предел текучести – ) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение – , а относительное сужение – ). Свойства могут изменяться в некоторых пределах в зависимости от величины зерна.

Железо  характеризуется высоким модулем  упругости, наличие которого проявляется  и в сплавах на его основе, обеспечивая  высокую жесткость деталей из этих сплавов.

Железо  со многими элементами образует растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом  – растворы внедрения.

2. Углерод  относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500 ⁰С, плотность – 2,5 г/см³) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 ⁰С).

В сплавах  железа с углеродом углерод находится  в состоянии твердого раствора с  железом и в виде химического  соединения – цементита (Fe₃C), а также в свободном состоянии в виде графита (в серых чугунах).

3. Цементит (Fe₃C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода.

Аллотропических превращений не испытывает. Кристаллическая  решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены  друг к другу.

Температура плавления цементита точно не установлена (1250, 1550^o С). При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 217^o С.

Цементит  имеет высокую твердость (более  800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность. Такие свойства являются следствием сложного строения кристаллической решетки.

Цементит  способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы углерода могут  замещаться атомами неметаллов: азотом, кислородом; атомы железа – металлами: марганцем, хромом, вольфрамом и др. Такой твердый раствор на базе решетки цементита называется легированным цементитом.

Цементит  – соединение неустойчивое и при  определенных условиях распадается  с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет  важное практическое значение при структурообразовании чугунов.

В системе  железо – углерод существуют следующие  фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.

1. Жидкая  фаза. В жидком состоянии железо  хорошо растворяет углерод в  любых пропорциях с образованием  однородной жидкой фазы.

2. Феррит (Ф) (C) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.

Феррит  имеет переменную предельную растворимость  углерода: минимальную – 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную – 0,02 % при температуре 727^o С ( точка P). Углерод располагается в дефектах решетки.

При температуре  выше 1392^o С существует высокотемпературный феррит ( ) ( (C), с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499^o С (точка J)

Свойства  феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость – 130 НВ, предел прочности – ) и пластичен (относительное удлинение – ), магнитен до 768^o С.

3. Аустенит (А) (С) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.

Углерод занимает место в центре гранецентрированной  кубической ячейки.

Аустенит  имеет переменную предельную растворимость  углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727^o С (точка S), максимальную – 2,14 % при температуре 1147^o С (точка Е).

Аустенит  имеет твердость 200…250 НВ, пластичен (относительное удлинение – ), парамагнитен.

При растворении  в аустените других элементов  могут изменяться свойства и температурные  границы существования.

4. Цементит  – характеристика дана выше.

В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы: цементит первичный (Ц_I), цементит вторичный (Ц_II), цементит третичный (Ц_III). Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений. Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.