Продукты доменной плавки

Вопрос №3 Укажите продукты доменной плавки. Их состав, свойства и применения.

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой. В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.

В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида: передельный, идущий на передел в сталь; литейный, предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении; доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

Передельный чугун подразделяют на три вида:

1. Передельный коксовый (марки М1, М2, М3, Б1, Б2).  
2. Передельный коксовый фосфористый (МФ1, МФ2, МФ3).  
3. Передельный коксовый высококачественный (ПВК1, ПВК2, ПВК3).

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1 ЛК7. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

 

        Вопрос  №17  Начертите в масштабе диаграмму Fe-Fe3C. Укажите в областях диаграммы наименования всех структур. Пользуясь этой диаграммой, опишите структурные превращения в стали 30, при медленном ее охлаждении от 1400С до 20С.

 

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ Fe-Fe3C

Феррит(Ф) - твердый раствор внедрения углерода в α- и δ-железе.

Аустенит(А) - твердый раствор внедрения углерода в γ-железе.

Цементит(Ц) - химическое соединение углерода с железом Fe3C.

Перлит(П) - эвтектоидная смесь феррита и цементита.

Ледебурит(Л) - эвтектическая смесь аустенита и цементита.

Жидкость(Ж, L) - жидкий рараствор углерода в железе.

Линия ABCD является ликвидусом, а линия AHJECF - солидусом системы.

При 1499°C (линия HJB) протекает перитектическая реакция LB+ФH→AJ. В результате образуется аустенит. Реакция наблюдается у сплавов с содержанием углерода 0,1-0,5%.

При 1147°C (линия ECF) протекает эвтектическая реакция LC→AE+Ц. В результате образуется ледебурит. Реакция характерна для всех сплавов системы, содержащих более 2,14% углерода.

При 727°C (линия PSK) протекает эвтектоидная реакция: AS→ФP+Ц. В результате образуется перлит. Перлитное превращение происходит у всех сплавов, содержащих более 0,02% углерода.

Точки диаграммы железо-углерод Обозначение точки Температура, °C Концентрация углерода, % A 1539 0 B 1499 0,5 H 1499 0,1 J 1499 0,16 N 1392 0 E 1147 2,14 C 1147 4,3 F 1147 6,67 D 1250 6,67 G 911 0 P 727 0,02 S 727 0,8 K 727 6,67 Q ~600 0,01 L ~600 6,67

 

 

       Вопрос №26  Объясните изменения структур и свойств в стали 45 после полного отжига, закалки в воду и низкого отпуска.

 

 ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ  ПРИ ОТПУСКЕ ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ.

Операция отпуска проводится после закалки стали. Само название этой операции говорит о том, что сталь как бы отпускается из напряженного, закаленного состояния. В результате снижается хрупкость, повышается вязкость и сопротивление ударной нагрузке.

Посмотрим, какие же изменения происходят в закаленной стали при отпуске. Как мы уже видели, структура закаленной стали представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в железе, что вызывает сильные внутренние напряжения. Вследствие этого атомная решетка искажается, превращаясь из кубической в тетрагональную, а сталь приобретает хрупкость и легко разрушается при ударных нагрузках. Если же устранить внутренние напряжения, то, не снижая прочности и твердости стали, можно уменьшить хрупкость и тем самым существенно улучшить ее эксплуатационные свойства, что и достигается операцией отпуска с нагревом до температуры 150—200°С. Это так называемый низкий отпуск. Что же происходит при низком отпуске? Под действием повышенной температуры атомы углерода приобретают более высокую подвижность и благодаря этому выходят из твердого раствора. Они образуют с атомами железа химическое соединение — карбид Fe2C При этом внутренние напряжения в атомной решетке железа уменьшаются, и в результате снижается хрупкость закаленной стали. Образующиеся карбиды имеют настолько малые размеры, что их невозможно обнаружить с помощью микроскопа, поэтому видимых изменений в микроструктуре после низкого отпуска не наблюдается. Зато свойства стали существенно улучшаются.

Низкий отпуск применяют в тех случаях, когда после закалки необходимо сохранить высокую твердость и износостойкость стали. Для завершения всех процессов, происходящих при низком отпуске, достаточно дать выдержку при температуре 200°С в течение 1 ч. Хотя при этом не весь углерод выходит из раствора, однако продолжение выдержки не дает существенных изменений. Твердость стали после низкого отпуска зависит от содержания в ней углерода. В высокоуглеродистых сталях, содержащих более 0,7% С, она бывает обычно в пределах HRC 59—63.

Закалка стали

При повышении температуры отпуска до 200—300°С происходят изменения в структуре: остаточный аустенит превращается в отпущенный мартенсит. В легированных сталях это превращение происходит при более высокой температуре. В некоторых высоколегированных сталях, например, в быстрорежущих, которые содержат до 35% остаточного аустенита, превращение его в мартенсит происходит при нагреве свыше 500°С.

При дальнейшем повышении температуры до 300— 400°С в углеродистой закаленной стали полностью завершается процесс выделения углерода из твердого раствора. Карбид Fe2C преобразуется в знакомый нам цементит Fe3C. Иными словами, в результате отпуска при 300—400°С происходит распад мартенсита и образуется структура, состоящая из феррита, в котором будут равномерно распределены мельчайшие кристаллики цементита. Такая структура называется трооститом. Твердость троостита приблизительно HRC 45—50.

При повышении температуры отпуска до 450°С и более происходят существенные изменения как в структуре, так и в свойствах закаленной стали, обусловленные укрупнением цементитных частиц: мелкие частицы как бы сливаются с более крупными. Такой процесс называется коагуляцией цементита. При температуре отпуска свыше 450°С частицы цементита становятся настолько крупными, что их без труда можно различить при наблюдении под микроскопом. Такую ферритно-цементитную структуру, полученную в результате закалки и отпуска при указанной температуре, называют сорбитом. Таким образом, сорбит отличается от троостита только тем, что частицы цементита в нем более крупные. Твердость сорбита приблизительно HRC 30—45.

Если теперь повысить температуру отпуска до 600— 650°С, то частицы цементита укрупнятся настолько, что структура по виду будет приближаться к обычному перлиту, который был до закалки. Тем не менее будут и отличия: перлит, полученный после закалки и отпуска, будет иметь более однородное мелкодисперсное строение. Это способствует улучшению свойств стали, и потому сочетание закалки с высоким отпуском носит название улучшения.

Печи для отжига

Отпуск закаленной стали в интервале температур 300—450°С принято называть средним, а отпуск в интервале температур 500—600°С — высоким.

При среднем отпуске закаленной стали образуется трооститная структура, и сталь приобретает наиболее упругие свойства. Поэтому такой отпуск применяют при обработке рессорно-пружинных сталей.

При высоком отпуске образуется сорбитная структура. При этом значительно снижается твердость стали, но зато существенно повышается ее вязкость и сопротивление ударной нагрузке (ударная вязкость). Кроме того, как установлено исследованиями, высокий отпуск почти полностью (на 90—95%) устраняет внутренние напряжения, поэтому его применяют для многих ответственных деталей и инструментов, работающих в условиях динамической нагрузки: валов, шатунов, молотовых штампов и др.

Отпуск легированных сталей имеет существенные особенности. До температуры 150°С легирующие элементы не оказывают существенного влияния на процесс отпуска. Но при более высоких температурах такие элементы, как хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан и кремний, тормозят распад мартенсита, а также образование и рост (коагуляцию) карбидных частиц. Объясняется это тем, что как для распада мартенсита, так и для роста карбидных частиц необходима диффузия (перемещение) атомов углерода, а легирующие элементы препятствуют этому. Поэтому в углеродистых сталях мартенсит сохраняется только до 300—350°С, в легированных сталях — до 450—500°С, а в высоколегированных он может сохраняться до еще более высоких температур. Это имеет важное практическое значение для деталей и инструментов, от которых требуется сохранение высокой твердости и износостойкости в условиях повышенной температуры.

 

     Вопрос №  36 Объясните маркировку следующих материалов: У10, СЧ24, 40ХС, ЛО70-1,БрАЖН10-4-4, д1, АЛ9, Р6М5.

 

У10

Инструмента́льная углеро́дистая сталь — сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твёрдостью и прочностью (после окончательной термообработки) и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали — 0,03 % и 0,035 %, в высококачественной — 0,02 % и 0,03 % соответственно.

Выпускается по ГОСТ 1435-99 следующих марок: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А. Стандарт распространяется на углеродистую инструментальную горячекатаную, кованую, калиброванную сталь, серебрянку.

Применение инструментальной углеродистой стали

У10- Для игольной проволоки.

 

СЧ24- Маркировка чугуна

 
Чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, первая из которых характеризует предел прочности чугуна данной марки при растяжении, вторая - при изгибе (кг/мм2). Наибольшее распространение получили чугуны марок: СЧ12-28; СЧ15-32; СЧ18-36; СЧ 21-40; СЧ 24-44; СЧ 28-48; СЧ 32-52; СЧ 38-60, причем первые пять марок имеют перлитно-ферритную металлическую основу, последние три - перлитную. Прочность серых чугунов всех марок при сжатии значительно превышает прочность при растяжении. Например, для чугуна марки СЧ 24-44, имеющего предел прочности при растяжении 24 кгс/мм2, предел прочности при сжатии составляет 85 кгс/мм2. Для увеличения прочности чугуна графитовым включением придают шарообразную форму путем введения магния в ковш перед разливкой. При этом чугун приобретает и некоторую пластичность.

 

40ХС

 

Марка: 40ХС 
Классификация: Сталь конструкционная легированная  
Применение: валы, шестерни, муфты, пальцы и другие улучшаемые детали небольших размеров, к которым предъявляются требования высокой прочности, упругости, износостойкости.

 

 ЛО70-1

Латунь ЛО70-1   ГОСТ 15527-7 Латунь оловянная.

	Класс: Латунь, обрабатываемая давлением
Использование в промышленности: для изделий высокой коррозионной и эрозионной стойкости
Твердость материала: HB 10 -1 = 145 - 155 МПа
Температура плавления, °C: 935
Коэффициент трения со смазкой: 0.0082
Коэффициент трения без смазки: 0.3

 

БрАЖН10-4-4

 

Марка :	БрАЖН10-4-4     (   другое обозначение       CuA110Fe4Ni4   )
Классификация :	Бронза безоловянная, обрабатываемая давлением
Дополнение:	Алюминиевая бронза. Плохо деформируется в холодном состоянии; деформируется в горячем состоянии; высокая прочность при повышенных температурах; коррозионно-стойкая; высокая эрозионная и кавитационная стойкости
Продукция, предлагаемая предприятиями-рекламодателями:   Нет данных.
Применение:	Трубные доски конденсаторов, детали химической аппаратуры; полуфабрикаты ( прутки, трубы, поковки)

 

 

 АЛ9

 

 Литейные сплавы содержат почти те же легирующие компоненты, что и деформируемые сплавы, но в значительно большем количестве (до 9—13% по отдельным компонентам). Литейные сплавы предназначены для изготовления фасонных отливок. Выпускают 35 марок литейных алюминиевых сплавов (АЛ), которые по химическому составу можно разделить на 5 групп. Например, алюминий с кремнием (АЛ2, АЛ4, АЛ9) или алюминий с магнием (АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др.).

АЛ9

з, в, к, д з, в, к, д з, в зм, вм

— Отжиг Закалка Закалка и полное старение

170 140 180

50 45 50

Детали средней нагруженности сложной конфигурации (головки цилиндров, поршни, картеры сцепления и т. п.)

 

Р6М5

 

Марка :	Р6М5
Классификация :	Сталь инструментальная быстрорежущая
Применение:	для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей; предпочтительно для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками

 

 

     Вопрос №46  Коррозия. Перечислите методы защиты от коррозии.

 

Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде: 4Fe + 6Н2О + ЗО2 = 4Fe(OH)3. Гидратированный оксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной.

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

1. Конструкционный
2. Активный
3. Пассивный

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.

Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод — использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.