Контрольная работа по «Материаловедение»

 Мартеновская печь (рис. 3) представляет собой регенеративную пламенную печь, высокая температура в которой (1750... 1800 °С) достигается за счет сгорания газа в плавильном пространстве. Газ и воздух подогреваются в регенераторах. Слева от плавильного пространства 7 находятся каналы для газа 3 и воздуха 4, соединенные с регенераторами 1 и 2. Такие же каналы для газа 9 и воздуха 8 имеются справа от плавильного пространства 7; они соответственно соединены с регенераторами 10 и 11. Каждый из регенераторв имеет насадку из выложенного в клетку огнеупорного кирпича. Шихта загружается через окна 5.

 

 

Рис.3 Схема мартеновской печи

1,2,10,11-регенераторы, 3,9-канал для  газа, 4,8-канал для воздуха,

5-окна, 6-под, 7-пространство, 12,14-клапаны, 13-труба

 

Подаваемые в печь газ и воздух проходят через предварительно нагретые до температуры 1200... 1250 °С регенераторы 10 и 11, нагреваются в них и поступают в плавильное пространство печи. Здесь газ и воздух смешиваются и сгорают, образуя пламя высокой температуры. Продукты сгорания по каналам 3 и 4 поступают в регенераторы 1 и 2, нагревают их, охлаждаясь до 500...600 °С, и уходят в дымовую трубу 13. По мере охлаждения регенераторов 10 и 11 направление газа и воздуха в печи меняют на обратное переключением клапанов 12 и 14. Тогда газ и воздух поступают в плавильное пространство по каналам 3 и 4, пройдя нагретые регенераторы 1 и 2, а продукты сгорания выходят по каналам 8 и 9, нагревают насадку регенераторов 10 и 11 и уходят в трубу 13. Таким образом, газ и воздух при работе печи проходят через попеременно нагреваемые то левые, то правые регенераторы.

Мартеновские печи, работающие на мазуте, имеют с каждой стороны  по одному регенератору для нагрева  только воздуха.

Сущность мартеновского процесса состоит в переработке чугуна и металлического лома на поду отражательной печи. В мартеновском процессе в отличие от конвертерного не достаточно тепла химических реакций и физического тепла шихтовых материалов. Для плавление твердых шихтовых материалов, для покрытия значительных тепловых потерь и нагрева стали до необходимых температур в печь подводиться дополнительное тепло, получаемое путем сжигания в рабочем пространстве топлива в струе воздуха, нагретого до высоких температур.

Мартеновский процесс можно разделить на периоды.

Заправка печи. На этом этапе поддерживается рабочее состояние всех элементов процесса, а именно: забрасываются огнеупорные материалы, такие как дробленый доломит и магнезитовый порошок. При этом подина осматривается надлежащим образом после выпуска шлака и металла из печи. В случае необходимости, исправляются неполадки.

Завалка и  прогрев шихты. Завалка шихты осуществляется специальной завалочной машиной. Осуществляется подача твердых шихтовых веществ к печи. Прежде чем залить жидкий чугун, печь тщательно прогревается в течение 1,5 часов.

Заливка жидкого  и твердого чугуна. На этом этапе заливается чугун в течение 20 – 60 минут.

Плавление чугуна. Для плавления чугуна осуществляется подача в мартеновскую печь топлива и продувка кислородом. Этот процесс сопровождается появлением шлаков в результате окисления. Для того, чтобы шлаки не препятствовали передаче тепла к металлу, часть их удаляется из печи. Для этого спускают шлаковую чашу.

Доводка. Суть этапа доводки состоит в том, чтобы довести полученную сталь до нужного химического состава. Для этого, металл необходимо нагреть до определенной температуры и до температуры кипения. В этот момент происходит окисление углерода в металле, скорость которого регулируется при помощи внедрения в ванну различных флюсов.

Кипение. Кипение может проходить двумя способами. В первом случае во время кипения в ванну с металлом добавляют различные флюсы. Второй вариант – чистое кипение, то есть окисление углерода протекает без добавления дополнительных элементов. Именно в момент чистого кипения сталь приобретает необходимые химические свойства. Процесс кипения длится от 1 до 2,5 часов.

Раскисление и легирование. На этом заключительном этапе происходит регулировка количества содержащегося в стали кислорода, и внедрение легирующих веществ. Добавление тех или иных веществ зависит от марки выплавляемой стали.

Выпуск металла  из печи.Выпуск металла из печи осуществляется через отверстие, которое пробивается в задней стенке сосуда при помощи струи кислорода. Процесс этот длится максимум 20 минут.

При мартеновском способе  выплавки, сталь получают более качественную, чем  в конвертерах, но и времени  по производству ее затрачивается значительно  больше.

 

 

4. Сущность процесса  фрезерования. Операции фрезерования. Виды фрез

 

Существуют различные  виды механической обработки: точение, фрезерование, сверление, строгание  и т.д. Несмотря на конструкционные  отличия станков и особенности  технологий, управляющие программы  для фрезерных, токарных, электроэрозионных, деревообрабатывающих и других станков с ЧПУ создаются по одному принципу.

Процесс фрезерования заключается  в срезании с заготовки лишнего  слоя материала для получения  детали требуемой формы, размеров и  шероховатости обработанных поверхностей. При этом на станке осуществляется перемещение инструмента (фрезы) относительно заготовки или перемещение заготовки относительно инструмента.

 Для осуществления  процесса резания необходимо  иметь два движения - главное и  движение подачи. При фрезеровании  главным движением является вращение инструмента, а движением подачи является поступательное движение заготовки. В процессе резания происходит образование новых поверхностей путем деформирования и отделения поверхностных слоев с образованием стружки.

 При обработке различают встречное и попутное фрезерование. Попутное фрезерование или фрезерование по подаче - способ, при котором направления движения заготовки и вектора скорости резания совпадают. При этом толщина стружки на входе зуба в резание максимальна и уменьшается до нулевого значения на выходе. При попутном фрезеровании условия входа пластины в резание более благоприятные. Попутное фрезерование является предпочтительным при условии, что жесткость оборудования, крепления и сам обрабатываемый материал позволяют применять данный метод.

 Встречное фрезерование, которое иногда называют традиционным, наблюдается, когда скорости резания  и движение подачи заготовки  направлены в противоположные  стороны. При врезании толщина  стружки равна нулю, на выходе - максимальна. В случае встречного фрезерования, когда пластина начинает работу со стружкой нулевой толщины, возникают высокие силы трения, отжимающие фрезу и заготовку друг от друга.

К фрезерной обработке  допускается обширный перечень материалов, что делает фрезу незаменимым  инструментом на большинстве обрабатывающих производств. В зависимости от выполняемых  задач фрезы делятся на цилиндрические, торцевые, концевые, дисковые, угловые, фасонные.

 

 

 

а)               б)                  в)                  г)                         д)                         е)

Рис. 4. Фрезы: а – цилиндрические; б – торцевые; в – концевые; г – дисковые; д – угловые; е - фасонные

Цилиндрические фрезы (рис.4а) используются для обработки открытых поверхностей. Зубцы располагаются на цилиндрической основе и наклонены к оси под углом 30-40%. Эти фрезы используются для комплексной обработки многоступенчатой поверхности и различных пластиков.

Торцевые фрезы (рис.4б) предназначены для обработки открытых поверхностей. Ось фрезы размещена под прямым углом к обрабатываемой поверхности. Зубцы расположены на цилиндрической и торцевой поверхностях фрезы. Преимуществом торцевых фрез перед цилиндрическими является большое число зубцов, что снижает вибрации и улучшает качество обработки.

Концевые фрезы (рис. 4в) имеют очень широкое техническое применение. Применяются для обработки глубоких пазов, уступов, взаимно перпендикулярных плоскостей, для осуществления контурной обработки наружных и внутренних поверхностей сложного профиля.

Дисковые фрезы (рис.4г) используются для резки пазов, канавок, раскроя металла. Исходя из конструктивных особенностей, их можно разделить на две категории цельные и сборные.

Угловые фрезы, (рис.4д) по сути, это одна из разновидностей дисковых фрез. Они применяются для прорезки канавок с угловым профилем. Однако наиболее часто, угловые фрезы используют для прорезки стружечных канавок у фрез, разверток и зенкеров. Сейчас на рынке представлены четыре вида угловых фрез: правые и левые фрезы двухсторонние, симметричные и несимметричные двух угловые фрезы. Производятся они цельнометаллическими из быстрорежущей стали.

Фасонные фрезы (рис.4е) используются для работы с канавками сложного профиля. Фасонные фрезы отличаются от всех остальных видов фрез, так как проектируются в зависимости от габаритных размеров и профиля обрабатываемой поверхности.

 

5. Классификация легированных  сталей. Марки по стандарту. Область  применения

 

 
Легированные стали классифицируются по следующим основным признакам: химическому составу, структуре, свойствам и назначению. В каждой из этих категорий стали, в свою очередь, подразделяются по ряду других признаков, главным образом отражающих их механические и технологические свойства.

По химическому составу  стали разделяются на:

- низколегированные,  в которых суммарная массовая  доля легирующих элементов ≤2,5 % (ГОСТ 19281-89);

- легированные (среднелегированные), где доля легирующих элементов  лежит в диапазоне 2,5 ... 10 % (ГОСТ 4543-71).

В зависимости от вида основных легирующих элементов сталь  называют: марганцовистой, хромистой, хромомолибденованадиевой и т.п.

По структуре. полученной при охлаждении  на воздухе после  нагрева до 900oС, стали бывают ферритно-перлитными, перлитными, бейнитными и мартенситными.

По свойствам они  подразделяются на стали: нормальной и  повышенной прочности; хладостойкие; жаропрочные (теплоустойчивые); устойчивые против атмосферной коррозии и коррозии в морской воде; упрочняемые термической  и термохимической обработкой и т.п.

По назначению стали  классифицируются на две основные группы:

- строительные, применяемые  в основном для изготовления  сварных конструкций, для которых  не предусматривается, за некоторым  исключением, термическая обработка;

- машиностроительные, предназначенные, главным образом, для производства деталей механизмов и машин, корпусных конструкций и т.п. В настоя шее время широко внедряется технология изготовления комбинированных ковано-, штампо-, литосварных деталей.

В России принята буквенно-цифровая система маркировки легированных сталей. Каждая марка стали содержит определенное сочетание букв и цифр. Легирующие элементы обозначаются буквами русского алфавита: X — хром, Н — никель, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, Т — титан, Ю — алюминий, Д — медь, Г—марганец, С — кремний, К — кобальт, Ц — цирконий, Р — бор, Б — ниобий. Буква А в середине марки стали показывает содержание азота, а в конце марки — на то, что сталь высококачественная [2].

Для конструкционных  марок стали первые две цифры — это содержание углерода в сотых долях процента. Если содержание легирующего элемента больше 1 %, то после буквы указывается его среднее значение в целых процентах. Если содержание легирующего элемента около 1 % или меньше, то после соответствующей буквы цифра не ставится.

В качестве основных легирующих элементов в конструкционных  сталях применяют в %: до 2 Сг, 1-4 Ni, до 2 Мп, 0,6-1,2 Si. Такие легирующие элементы, как Mo, W, V, Ti, обычно вводят в сталь в сочетании с Сг, Ni с целью дополнительного улучшения тех или иных физико-механических свойств. В конструкционных сталях эти элементы обычно содержатся в следующих количествах, %: 0,2-0,4 Мо; 0,5-1,2 W; 0,1-0,3 V; 0,1-0,2 Ti.

Например, сталь марки 18ХГТ содержит, %: 0,17-0,23 С; 1,0-1,3 Сг, 0,8-1,1 Мп, около 0,1 Ti.

Сталь марки 38ХНЗМФА содержит, %: 0,33-0,40 С; 1,2-1,5 Сг; 3,0-3.5Ni; 0,35-0,45 Мо; 0,1-0,18 V; сталь марки ЗОХГСА - 0,32-0,39 С;1,0-1,4 Сг; 0,8-1,1 Мп; 1,1-1,4 Si [4].

В инструментальных сталях в начале обозначения марки стали  ставится цифра, показывающая содержание углерода в десятых долях процента. Начальную цифру опускают, если содержание углерода составляет около 1 % или более.

Например, сталь марки  ЗХ2В8Ф содержит, %: 0,3-0,4 С; 2,2-2,7 Сг; 7,5-8,5 W; 0,2-0,5 V; сталь марки 5ХНМ - 0,5-0,5 С; 0,5-0,8 Сг; 1,4-1,8№; 0,19-0,30 Мо; сталь марки ХВГ -0,90-1,05 С; 0,9-1,2 Сг; 1,2-1.6W; 0,8-1,1 Мп.

Для некоторых групп  сталей принимают дополнительные обозначения. Марки автоматных сталей начинаются с буквы А, подшипниковых —  с буквы Ш, быстрорежущих — с буквы Р, электротехнических — с буквы Э, магнитотвердых — с буквы Е.

При маркировке электротехнических сталей (1211,1313,2211 и т. д.) первая цифра  обозначает класс по структурному состоянию  и виду прокатки, вторая — содержание кремния, третья — потери на гистерезис, четвертая — группу по основной нормируемой характеристике. Вместе три первые цифры указывают тип стали, а четвертая — порядковый номер этого типа стали.

Марки стали для строительных конструкций обозначают, например С235, С245, С255, С345, С590К и так далее, где буква С показывает, что сталь строительная, цифры — предел текучести проката, а буква К — количеству легирующих элементов и по назначению.