отчет по учебной практике материаловедение
Отчет по практике в лаборатории материаловедения
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Мая 2015 в 01:34, отчет по практике
Краткое описание
1 Характеристика лаборатории материаловедения
Факультета №12 «ГУАП»
2 Техника безопасности при выполнении монтажных работ
3 Функции техника лаборатории электрических машин, электропривода и электроснабжения отрасли при выполнении монтажных работ
3.1 Должностные обязанности
3.2 Работа техника лаборанта
4 Сбор материалов по дипломному проекту
4.1 Общие сведения о тяговых электродвигателях
4.2 Параметры тягового двигателя типа НБ-514
4.3 Конструкция тягового электродвигателя типа НБ-514 для привода электровоза
Вложенные файлы: 1 файл
Преддиплом практик.docx
СОДЕРЖАНИЕ
1 Характеристика лаборатории материаловедения
Факультета №12 «ГУАП» 4
2 Техника безопасности при выполнении монтажных работ 6
3 Функции техника лаборатории электрических машин, электропривода и электроснабжения отрасли при выполнении монтажных работ 10
3.1 Должностные обязанности 10
3.2 Работа техника лаборанта 10
4 Сбор материалов по дипломному проекту 12
4.1 Общие сведения о тяговых электродвигателях 12
4.2 Параметры тягового двигателя типа НБ-514 13
4.3 Конструкция тягового электродвигателя типа НБ-514 для привода электровоза 14
Список использованных источников 20
На Факультете №12 функционирует лаборатория «Материаловедение».
Лаборатория «Материаловедение» предназначена для проведения практических занятий и лабораторных работ по дисциплинам «Материаловедение»,
Лабораторные работы призваны научить определять экспериментально механические свойства наиболее распространенных конструкционных материалов, применяемых во многих отраслях промышленности и стройиндустрии.
В лаборатории проводятся следующие работы:
— Проведение испытания на срез;
Испытания образцов металлов на срез воспроизводит условия работы заклепочных, болтовых, шпоночных и др. соединений. Результаты этих испытаний используются для установления допускаемых напряжений при условных расчетах на прочность заклепочных, болтовых, шлицевых, шпоночных соединений. Предполагается, что в плоскостях среза реализуется напряженное состояние «чистый сдвиг», поэтому напряженное состояние в этих местах оценивают касательными напряжениями, распределение которых по поперечному сечению образца принимается равномерным.
— Определение главных напряжений при кручении
— Исследование совместного действия кручения и изгиба
— Испытания стального образца на усталость
— Определение опорных реакций
— Равновесие тел при наличии трения
— Определение коэффициента трения в резьбовом соединении
— Исследование прессового соединения с гарантированным натягом
— Балансировка ротора
Информация по лабораторному стенду ТММ 98-6:
Установка для динамической балансировки ротора ТММ 98-6 предназначена для проведения лабораторных работ по курсу «Теория механизмов и механика машин» в высших учебных заведениях машиностроительного профиля и предназначена для работы при температурах от + 10 до + 35 °С, относительной влажности до 80% при 25 °С. Количество грузов указано для двух сторон ротора. В виртуальной работе груз располагаются только с одной стороны ротора, перестановка ротора не предусмотрена. Имеем два балансировочных (корректирующих) грузика массой по 15 г, и один дисбалансный грузик массой 20 г. Кроме того, в оригинальной установке предусмотрено перемещение дисбалансного грузика по линии 0^180° (относительно градусной шкалы по периметру ротора).
При выполнении монтажных работ разрешается применять только исправный ручной инструмент. Ручной инструмент не должен иметь повреждений (трещин, сколов, выбоин) рабочих кромок, заусенцев и зазубрин в месте захвата инструмента рукой работающего, трещин и заусенцев на затылочной части рукояток. Деревянные рукоятки ручных инструментов должны быть изготовлены из древесины твердых и вязких пород, гладко обработаны и надежно закреплены. На поверхности рукояток не допускаются выбоины и сколы. Рукоятки молотков и кувалд должны быть заклинены металлическими клиньями. Насадка кувалды производится через нижний конец ручки.
При работе зубилом или другим ручным инструментом для рубки металла следует пользоваться защитными очками с небьющимися стеклами и рукавицами.
Сверлить отверстия и пробивать борозды в стенах, панелях, перекрытиях, в которых может быть расположена скрытая электропроводка, а также выполнять другие работы, при которых может быть повреждена изоляция проводов (кабелей) и установок, следует только после их отключения от источников питания.
Инструмент с изолированными рукоятками применяют для работы под напряжением в электроустановках до 1000 В в качестве основного средства защиты. Изолирующие рукоятки такого инструмента должны быть выполнены в виде чехлов или в виде неснимаемого покрытия из влагостойкого, маслобензостойкого, нехрупкого электроизоляционного материала с упорами со стороны рабочего органа. Изоляция должна покрывать всю рукоятку, ее длина должна быть не менее 100 мм до середины упора. Изоляция стержней отверток должна оканчиваться на расстоянии не более 10 мм от конца лезвия отвертки.
Изолирующие рукоятки как на поверхности, так и в толще изоляции не должны иметь раковин, сколов, вздутий и других дефектов.
Перед началом работ с электроинструментом необходимо проверить:
• затяжку винтов, крепящих детали электроинструмента;
• исправность редуктора, поворачивая рукой шпиндель электроинструмента (при отключенном электродвигателе);
• состояние провода электроинструмента, целость изоляции, отсутствие излома жил;
• исправность выключателя и заземления. Электроинструмент с двойной изоляцией заземления не требует.
Пользоваться неисправным электроинструментом категорически запрещается.
Лицам, пользующимся электроинструментом, запрещается:
• разбирать электроинструмент и производить самостоятельно какой-либо ремонт (как самого инструмента, так и проводов, штепсельных соединений и т.п.);
• держаться за провод электроинструмента или касаться вращающегося режущего инструмента;
• удалять руками стружку или опилки во время работы инструмента или до полной его остановки;
• работать с приставных лестниц;
• передавать электроинструмент хотя бы на непродолжительное время другим лицам.
Измерения переносными приборами должны производиться двумя лицами, причем одно из них должно иметь квалификационную группу не ниже четвертой, другое — не ниже третьей. Все измерения сопротивления в электроустановке производятся при снятом напряжении. Присоединение и отсоединение переносных приборов, требующие разрыва электрических цепей, также должны производиться при полном снятии напряжения. Мегомметр применяется в электромонтажных работах для измерения сопротивления изоляции электрооборудования, проводов и кабелей. Так как на выходе мегомметра при измерении образуется высокое напряжение, то в это время нельзя прикасаться к неизолированным частям объекта измерения и проводов прибора. По той же причине если в электроустановке, где производится измерение, есть элементы, которые могут быть повреждены этим напряжением, например конденсаторы, полупроводниковые приборы, они должны быть отсоединены или закорочены проводом.
Паяльники, находящиеся в рабочем состоянии, должны находиться постоянно в зоне действия вытяжной вентиляции. При пайке запрещается стряхивать припой. Лишний припой можно снимать только на специальную подставку для паяльника. При коротких перерывах в работе с электропаяльником нужно класть его на специальную подставку с металлическими скобами. При длительных перерывах и по окончании работы паяльник следует обязательно отключить от электросети. При выполнении монтажных и пусконаладочных работ, а также при техническом обслуживании и ремонте технических средств и систем безопасности необходимо использовать паяльники, рассчитанные на питание переменным током напряжением не свыше 42 В, от индивидуального трансформатора для каждого рабочего места. Допускается использование электропаяльников на 220 В, если они получают питание от разделительного трансформатора или через устройство защитного отключения. В помещении, где производится пайка, запрещается принимать пищу. При регулировке, проверке и наладке схем контроля, управления, обмена информацией, питания систем безопасности весь применяемый инструмент (отвертки, плоскогубцы, пассатижи и т.п.) изолируют так, чтобы его рабочая (голая) часть не могла перекрыть двух рядом расположенных клемм, зажимов. При индивидуальном испытании аппаратуры и оборудования систем безопасности соблюдают следующие требования безопасности труда:
• перед пробным включением убеждаются в отсутствии людей вблизи токоведущих частей установки;
• пробное включение аппаратуры и оборудования систем безопасности (постановка схемы под напряжение) производят только после тщательной проверки правильности монтажа схемы согласно проекту, надежности контактных соединений в приборах, аппаратуре, оборудовании, шкафах, соединительных коробках и других элементах схемы.
Отчет по практике: Материаловедение 5
Материаловедение — наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами металлических сплавов и неметаллических материалов, а также рассматривающая закономерности их изменения под влиянием механических, физико-химических и других видов воздействий.
Материаловедение базируется на научных основах физики, химии и новейших достижениях в области технологии получения полуфабрикатов и изделий.
Основы современного материаловедения были заложены выдающимися русскими учеными в области металлургии П.П Ломоносовым (1799—1855), впервые установившим связь между строением стали и ее свойствами, и Д.К.Черновым (1839—1921), который в 1868 г. открыл структурные превращения в сталях при их нагреве и охлаждении. Д.К. Чернов по праву считается основоположником металлографии — науки о строении металлов и сплавов. Его научные открытия легли в основу процессов ковки, прокатки и термической обработки стали. Дальнейшее развитие металловедение получило в работах видных отечественных ученых: Н.И. Беляева, Н.С. Курнакова, А.А. Байкова, С.С. Штейнберга, А.А. Бочвара, Г.В. Курдюма ва и др.
Наука о металлах развивается динамично, используя электронные микроскопы, микрорентгеноспектральный анализ и другую современную аппаратуру. Все это позволяет более глубоко и полно изучить строение металлов и сплавов, находить новые пути повышения их механических и физико-технических свойств. Создаются сверхтвердые сплавы, многослойные композиции с широким спектром свойств, металлические, алмазные и керамико-металлические материалы. В то же время в строительстве и прокладке газопроводов все большее применение получают полимерные материалы, обладающие совокупностью необходимых свойств и высокой долговечностью.
Знание основ материаловедения необходимо каждому специалисту, работающему в области создания, эксплуатации оборудования и систем газоснабжения. Только изучив свойства материалов, можно обоснованно выбрать их для использования, правильно разработать технологический процесс обработки.
Долгое время в технической практике люди использовали готовые природные материалы, совершенствовали их, создавали новые технологии производства и обработки. Вся история существования человечества связана с освоением материалов: каменный век сменился медно-каменным, а затем бронзовым и железным веками.
Изготовив первые орудия труда из камня и кости, человек стал обрабатывать древесину, шкуры, освоил обжиг глины. Следующим этапом освоения материалов стало плавление и литье меди,-затем открытие оловянной бронзы и освоение железа. Совершенствовалась технология переплавки металлических руд, прокаливанием и ковкой полуфабрикатов стали получать кузнечное железо.
Новую эпоху в развитии материалов открыло использование энергии падающей воды для привода машин. Появилась возможность нагревать металл до температур, превышающих температуру плавления железа, перерабатывать расплав в ковкое железо, очищать металлы от примесей. Эти достижения в области производства материалов определяли уровень технического развития на протяжении многих веков.
Возрастание спроса на машины привело к возникновению машиностроения как отрасли промышленности. В то время мануфактурным производством была освоена лишь немногочисленная группа материалов, что ограничивало возможности развития машин.
Превращение ручных мануфактур в фабричную систему использования машин привело к изменению уровня техники и технологии материалов. Расплавленный чугун был впервые превращен в сталь.
Рост промышленности требовал больших объемов материалов. В связи с этим возникла необходимость научных обобщений и рекомендаций. Начиная с XIX века материаловедение стало прикладной наукой.
Научные исследования и открытия в области химии и металловедения способствовали развитию металлургического производства, созданию новых сплавов и методов их обработки. После открытия бензола началось развитие новой отрасли промышленности, вырабатывавшей красители, медикаменты и множество синтетических машиностроительных материалов. На основе теории химического строения вещества разработаны и получены полимеры. Новый материал бакелит стал первым продуктом промышленности пластических масс.
В XX веке разрабатываются и бурно развиваются новые технологические процессы: кислородно-конвертерный, электрометаллургия стали и ферросплавов; электросварка; термомеханическая обработка металлов и многие другие.
Благодаря фундаментальным исследованиям в области металловедения быстро растет число сплавов, обладающих специфическими свойствами: противокоррозионными, жаростойкими и жаропрочными, особыми магнитными, «памятью» механической формы и т.д.; создаются новые типы материалов: сверхпроводники, полупроводники и др.
Развиваются исследования в области синтеза и переработки полимеров, направленные на улучшение их механических свойств, повышение стойкости к воздействию сред и высоких температур. Одним из направлений материаловедения стало получение композиционных материалов путем сочетания разнородных компонентов. Развитие технологий обработки и модификации материалов позволило применить традиционные материалы в жестких условиях эксплуатации современной техники.
Раздел 1. Металлургия черных и цветных металлов. Тема 1.1. производство чугуна и стали.
Тема 1.1 Производство чугуна.
Получение чугуна из железных руд осуществляется в доменных печах. Доменные печи являются крупнейшими современными шахтными печами. Большинство действующих печей имеют полезный объем 1300—* 2300 м3 — объем, занятый загруженными в них материалами и продуктами плавки, и высоту примерно 30 м и предназначены для выплавки в сутки до 2000 т чугуна. В мире работает пока немного печей объемом более 2600 м3. В 1974 г. в нашей стране вступила в строй первая доменная печь объемом 5000 м3. Эта печь существенно отличается от печей, построенных ранее. На основе опыта ее работы в Череповце в 1986 г. вошла в строй действующих еще более мощная доменная печь объемом 5600 м3. В нее внесены серьезные конструктивные изменения, облегчающие труд доменщиков и повышающие производительность печи.
Сущность доменной плавки сводится к раздельной загрузке в верхнюю часть печи, называемой колошником, агломерата, кокса и флюсов, располагающихся в шахте печи слоями. При нагреве шихты за счет горения кокса, обеспечиваемого вдуваемым в горн горячим воздухом, в печи идут сложные физико-химические процессы, и шихта постепенно опускается навстречу поднимающимся горячим газам. В результате взаимодействия компонентов шихты и газов в нижней части печи, называемой горном, образуются два несмешивающихся жидких слоя — чугун и шлак.
На рис. 3.5 показана схема современной доменной печи объемом 2700 м3. Два наклонных подъемника с опрокидывающимися скипами вместимостью до 17 м3 доставляют агломерат, кокс и другие добавки на высоту 50 м к засыпному устройству доменной печи, состоящему из двух поочередно опускающихся конусов.
В верхней части горна расположены фурменные отверстия (16—20 шт), через которые в печь под давлением 300 кПа подается обогащенный кислородом воздух при температуре 900—1200 °С.
Жидкий чугун выпускают каждые 3—2 ч (а в крупных печах ежечасно) поочередно через две или три летки, которые для этого вскрывают с помощью электробура. Выливающийся из печи чугун выносит с собой и шлак, находящийся над ним в печи. Чугун направляется по желобам литейного двора в чугуновозные ковши, расположенные на железнодорожных платформах. Шлак, выливающийся с чугуном, предварительно отделяют от чугуна в желобах с помощью перекрывающих затворов и направляют в шлаковозы. Кроме того, часть шлака иногда выпускают из доменной печи до выпуска чугуна через шлаковую летку. После выпуска чугуна летку забивают пробкой из огнеупорной глины с помощью электромагнитной пушки.Печь монтируют в прочном сварном стальном кожухе, интенсивно охлаждаемом водой. Внутри печь выкладывают высококачественным шамотным кирпичом, а отдельные части печи изготовляют из прессованных углеродистых блоков. Толщина боковых стенок печи в отдельных местах превышает 1,5 м, а лещади — 4 м. Печь полезным объемом 2700 м3 имеет высоту 80 м и массу с механизмом 200 000 т. Печь работает непрерывно в течение 4—8 лет.
Физико-химические процессы, протекающие в доменной печи, очень сложны и многообразны. Советские ученые, академики А. А. Байков, М. А. Павлов и другие обстоятельно занимались их изучением и создали капитальные труды по этим вопросам.
Условно процесс, протекающий в доменной печи, можно разделить на следующие этапы: горение углерода топлива; разложение компонентов шихты; восстановление оксидов; науглероживание железа; шлакообразование. Эти этапы процесса проходят в печи одновременно, переплетаясь друг с другом, но с разной интенсивностью, на разных уровнях печи.
Рис. 3.5. Схема доменной печи объемом 2700 м8 и ее примерный с)’точ- ныи баланс:
1 — воздухопровод дутья; 2 — шлаковая летка; 3 — шлаковоз; 4 — лещадь; S шё чугуновоз; 6 — летка для чугуна; 7 — фурменный прибор; 8 — газоходы; 9 — засыпное устройство
Эта реакция обратима, причем ее равновесие сдвигается вправо при повышении температуры и влево — при понижении.
Иногда в фурмы вводят еще природный газ или пар, который, реагируя с раскаленным коксом, окисляет его при высоких температурах:
Разложение компонентов шихты протекает различно — в зависимости от ее состава. При работе на шихте, содержащей флюсы и часть сырой руды, важнейшими процессами в верхней части печи являются разрушение гидратов оксида железа, оксида алюминия и разложение известняка флюса по реакции:
Если в печь подается уже отфлюсованный агломерат, эти процессы протекают при агломерации и в доменной печи почти не идут.
Восстановление оксидов может происходить окисью углерода, углеродом и водородом. Главная цель доменного процесса — восстановление железа из его оксидов. Согласно теории акад. А. А. Байкова восстановление оксидов железа идет ступенчато по следующей схеме:
Главную роль в восстановлении оксидов играет угарный газ:
3Fe2 03 + СО = 2Fe3 04 + С02 +Q.
Эта реакция практически необратима, протекает легко при очень низкой концентрации СО в газовой фазе. Для развития процесса восстановления необходимы температура не ниже 570 °С и значительный избыток СО в газах:
Fe3 G4 + СО =га= 3FeO + С02 + Q.
Затем происходит образование твердой железной губк i по реакции:
3FeOTB + СО FeTB + С02 + Q.
Развитие реакции вправо требует еще более высокой температуры и высокой концентрации СО в газовой фазе. Но, как показывают исследования, в печи для этого есть необходимые условия, так как выше температуры 950 °С в газовой фазе присутствует только СО (С02 не образуется).
Наряду с СО в процессе восстановления железа из оксидов значительную роль играет и твердый углерод. Это взаимодействие происходит за счет непосредственных контактов оксидов руды с восстановителем во время перемещения руды в печи, а также в горячей зоне печи за счет соприкосновения кусков кокса с жидкими шлаками, содержащими закись железа. Начало и скорость этих реакций в доменной печи зависят от физического состояния руды, состава газов, их давления и ряда других факторов.
Аналогично протекает и восстановление оксидов железа водородом. Водород заметно ускоряет восстановление оксидов, хотя роль его в доменном процессе не является первостепенной.
Восстановление оксидов марганца происходит также ступенчато, главным образом за счет СО:
восстановление закиси марганца происходит почти исключительно за счет твердого углерода, видимо, при его соприкосновении с расплавленным шлаком по схеме
MnO + Ств = Mn + СО — Q,
Рис. 3.6. Высокотемпературный воздухонагреватель:
1 — поднасадочная решетка из жаропрочного чугуна; 2 — насадка; 3 — под- купольное устройство; 4 — патрубок горячего дутья; 5 — штуцер горелки; 6 — газовые клапаны; 7 — патрубок колодного дутья; 8 — огнеупорный высокоглиноземистый кирпич; 9 — стальной кожух
так как количество марганца в шлаке доменной печи бывает значительно больше, чем в металле. Эта реакция требует и в 2 раза больше теплоты, чем восстановление железа, а поэтому повышенного расхода топлива.
Восстановление кремния в доменной печи происходит преимущественно твердым углеродом с образованием силицида железа условно по следующей схеме:
Si02 + 2С + Fe = FeSi + 2СО +Q,
но требует еще более высокой температуры и тугоплавких шлаков. Образовавшиеся силициды железа растворяются в чугуне.
Фосфор вносится в доменную печь с рудой в виде минералов ЗСаО • Р2 05 и 3FeO • Р2 05 • 8Н2 0.
При высокой температуре эти соединения восстанавливаются, фосфор взаимодействует с железом, а образующийся фосфид переходит в чугун:
Сера находится в руде и коксе в виде пирита и других устойчивых сульфидов. Часть серы окисляется и удаляется с газами в виде S02, а часть — растворяется в чугуне и шлаке.
Науглероживание железа происходит за счет взаимодействия твердого губчатого железа с печными газами, содержащими значительное количество СО:
Образование сплава железа с углеродом, имеющего температуру плавления ниже, чем чистое железо, приводит к формированию капель жидкого чугуна, которые, стекая в нижнюю часть печи через слой раскаленного кокса, еще более насыщаются углеродом.
Шлакообразование активно развивается при прохождении шихты в области распара после окончания процессов восстановления оксидов железа в доменной печи. Шлак состоит из оксидов пустой породы и золы кокса, а также флюса, специально добавленного в печь, чтобы обеспечить достаточную жидкотекучесть шлака при температуре 1400—1450 °С. При слишком легкоплавком шлаке не успевает восстановиться значительная часть оксидов железа, которая выносится с этим шлаком из зоны восстановления. При слишком тугоплавком шлаке на стенках печи образуются большие настыли, и доменный процесс осложняется. Основные составляющие доменного шлака — кремнезем (30—45 %), оксид кальция (40— 50 %), глинозем (10—25 %). Состав шлака зависит от пустой породы руды, а также от того, получают ли в доменной печи передельный чугун, литейный чугун или ферросплавы (см. ниже).
Шлаки, получаемые в доменной печи, в последние годы широко используют в промышленности. На большинстве заводов их гранулируют, выливая расплавленный шлак прямо из шлаковозных ковшей в большие бассейны. Полученные таким образом шлаковые гранулы перерабатывают на цемент и другие строительные материалы (шлаковую вату для теплоизоляции, шлаковые блоки и др.).
В верхней части печи из шихты отделяются газообразные продукты реакций и азот воздуха. Газы, выделяющиеся из доменной печи, называют обычно колошниковыми. С ними вместе из печей выносится огромное количество пыли (50 кг на 1 т чугуна). Газ состоит из 26—32 % FeO, 9—12 % Fe02 и 54—58 % N2. Теплота сгорания такого газа 4000 Дж на 1 м3, поэтому его широко используют после очистки от пыли как топливо для подогрева воздуха, идущего в доменные печи, а также в других печах металлургического завода.
Важнейший продукт доменной плавки — чугун — сплав железа с углеродом, кремнием и марганцем, обычно содержащий примеси серы и фосфора. Количество этих компонентов в чугуне лимитируется ГОСТами.
В доменных печах главным образом выплавляют передельный чугун, предназначенный для переработки в сталь. Эти чугуны обычно содержат 3,5—4,5 % С, 0,5—1,2 % Si, 0,2—1,2 % Мп, до 0,2 % Р и сотые доли процента серы.
В значительных количествах в доменных печах выплавляют и литейные коксовые чугуны, маркируемые ЛК, отличающиеся повышенным содержанием фосфора (0,1—1,2 %) и обязательно значительным количеством кремния (0,8—3,75 %).
В отдельных доменных печах иногда выплавляют ферросплавы. К доменным ферросплавам относят ферросилиций с 9 до 18 % Si, ферромарганец с 70—75 % Мп и зеркальный чугун с 10—« 25 % Мп и около 2 % Si.
Одним из главных показателей работы доменных печей принято считать коэффициент использования полезного объема доменной печи (КИНО), равный отношению полезного объема W (м3 ) к суточному выпуску чугуна QT; К =W/Q и достигающий 0,35. Так как производительность печи Q стоит в формуле в знаменателе, то чем меньше коэффициент использования полезного объема доменной печи, тем лучше она работает.
Для производства чугуна кроме доменных печей необходимо и другое технологическое оборудование. Наибольшее значение имеют воздухонагреватели. Для успешной работы современной доменной печи объемом 2700 м3 в нее требуется вдувать с помощью мощных воздуходувок
8 млн. м3 воздуха и 500 000 м3 кислорода в сутки. Нагрев этой массы кислородно-воздушной смеси до температуры 900—1200 °С осуществляется попеременно в четырех цилиндрических башенных воздухонагревателях (рис. 3.6) высотой 40—50 м и диаметром 8—10 м. Внутри воздухонагреватель разделен на две части: полую камеру горения и насадочное пространство, заполненное решетчатой огнеупорной кладкой разной формы со сквозными вертикальными каналами. Очищенный доменный газ смешивают в горелке с воздухом и пламя направляют в вертикальную камеру горения. Горячие продукты горения, изменив направление под куполом, опускаются сквозь насадку, отдавая ей теплоту. Охлажденные газы выпускаются через нижнюю часть воздухонагревателя в дымовую трубу. После нагрева купола до температуры 1200—1400 °С подачу колошникового газа в этот нагреватель прекращают и в воздухонагреватель снизу вверх пропускают воздушно-кислородную смесь, которая нагревается, проходя через горячую насадку. После охлаждения насадки первого воздухонагревателя нагрев дутья переносят в соседний, а первый снова переключают «на газ» (на нагрев).
Выпускаемый из доменной печи шлак по желобам поступает в литые стальные шлаковые ковши, а чугун — в чугуновозные ковши вместимостью 80—100 т, футерованные шамотным кирпичом; их устанавливают на железнодорожных платформах. Передельный чугун перевозят в этих ковшах в сталеплавильный цех и заливают в миксер — цилиндрическое хранилище жидкого чугуна, вмещающее иногда до 2000 т. Миксер выложен шамотным кирпичом; он может наклоняться, а в случае необходимости и обогреваться газовыми форсунками.
Литейный чугун отвозят к разливочной машине, где его разливают в изложницы, закрепленные на непрерывно движущемся наклонном конвейере. Чтобы ускорить охлаждение чугуна, изложницы после затвердевания в них чугуна орошают холодной водой, и затем при повороте конвейера пятидесятикилограммовые чушки выпадают из изложниц на железнодорожные платформы.
Тема 1.2. Производство стали.
Сталь является основным материалом, широко используемым в машино- и приборостроении, строительстве и для изготовления инструментов.
Сталь классифицируют по способу производства, химическому составу, структуре и назначению.
По способу производства различают мартеновскую, бессемеровскую, томасовскую, кислородно-конвертерную, тигельную и электросталь. По характеру футеровки плавильных агрегатов различают сталь основную и кислую.
По химическому составу различают стали углеродистые и легированные. Углеродистые стали по содержанию в них углерода подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25—0,6% С) и высокоуглеродистые (более 0,6% С).
Легированной называют сталь, в состав которой кроме углерода дополнительно вводят элементы для придания стали тех или иных свойств.
По назначению стали делят на конструкционные, инструментальные и с особыми физическими и химическими свойствами — спе- циальные. К последним относят нержавеющие, жаропрочные, жаростойкие, теплоустойчивые, электротехнические и др.
Конструкционные стали, в свою очередь, разделяют на строительные и машиностроительные. Строительные стали содержат до 0,3% С; машиностроительные цементируемые — от0,025 до 0,3% С, улучшаемые термообработкой—отО, ЗдоО,5% С, пружинные —от 0,5 до 0,8% С, инструментальные — от 0,7 до 1,3% С.
Основная задача передела чугуна в сталь состоит в удалении избытка углерода и примесей с помощью окислительных процессов, протекающих в сталеплавительных агрегатов.
Углеродистые стали разделяют на стали обыкновенного качества и качественные.
В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается изношенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями, так как их наплавляют по нормам массовой технологии. Эти стали преимущественно используются в строительстве как наиболее дешевые, технологичные и обладающие прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения.
Стали маркируют сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), потопывающей номер марки. Степень раскисления обозначают добав- лением в спокойных сталях букв сп, в полуспокойных — пс, в кипящих — кп. Например, СтЗсп, СтЗпс, СтЗкп. Спокойными и по- пуспокойными производят стали СТ1—Стб, кипящими — Ст1—Ст4. ( таль СтО по степени раскисления не разделяют, в этой стали ука- и.мтюттолько содержание углерода (С 4,3 % С).
По степени графитизации чугуны подразделяют на белый (не графитизированный), в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита (Fes C) или в карбидах других элементов (Cr, Mo, V, Ti и др.); отбеленный или половинчатый (частично графитизированный).
Графитизированные чугуны подразделяют на серый (СЧ), высокопрочный (ВЧ) и ковкий (КЧ). Ковким (КЧ) называют чугун за его повышенную пластичность, его получают из белого чугуна путем графитизации в твердом состоянии при высокотемпературной термической обработке.
По твердости чугуны классифицируют на мягкий ( НВ 269).
По прочности чугуны классифицируют на обыкновенной прочности (Qв 380 МПа).
По пластичности чугуны классифицируют на непластичные (б 10 %)
По эксплуатационным характеристикам чугуны подразделяют на износостойкие, антифрикционные, коррозионно-стойкие, жаропрочные, жаростойкие, немагнитные.
По форме графита различают чугуны с пластинчатым (СЧ), шаровидным или глобулярным (ВЧ), хлопьевидным или гнездообразным графитом (КЧ) и вермикулярным графитом (ЧВГ).
Стандартами регламентированы не все конструкционные чугуны. Маркировку чугунов проводят по их механическим свойствам, а химический состав является факультативным показателем, кроме аустенитных и специальных чугунов.
Серые чугуны маркируют только по пределу прочности на разрыв (ав ) с размерностью кгс/мм2, но при указании механических свойств той или иной марки чугуна используют размерность в МПа. ГОСТ предусматривает следующие марки серых чугунов: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18, СЧ 20, СЧ 21, СЧ 24, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40, СЧ 45.
Серые чугуны нашли широкое применение в станкостроении (станины, детали станков, суппорты, бабки, люки, крышки), в двигателестроении, авто- и тракторостроении (блоки цилиндров, гильзы, головки, распределительные валы, седла клапанов, направляющие втулки, поршневые кольца, толкатели, тормозные барабаны, диски сцепления, картеры коробок скоростей и сцепления), в химическом машиностроении, электромашиностроении, при производстве компрессоров, насосов, воздуходувок, для изготовления санитарно-технических изделий.
Ковкие чугуны маркируют по пределу прочности на разрыв (Qв ) с размерностью кгс/мм2 и относительному удлинению (6) в процентах. ГОСТ предусматривает следующие марки ковких чугунов: КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10, КЧ 37-12, КЧ 45-7, КЧ 50-5, КЧ 55-4, КЧ 60-3, КЧ 65-3, КЧ 70-2, КЧ 80-15.
Металлическая основа ковких чугунов может быть перлитной или ферритной. Все марки чугуна получают графитизирующим отжигом белого чугуна. По своим литейным и механическим свойствам ковкие чугуны занимают промежуточное положение между чугунами и литыми сталями. Ковкие чугуны, особенно ферритные, широко применяют в сельскохозяйственном машиностроении (шестерни, рычаги, звенья цепей, звездочки храповики, ступицы), в авто- и тракторостроении (задние мосты, ступицы, тормозные колодки, картеры дифференциалов, детали рулевого управления, рычаги, катки, втулки), вагоно- и судостроении (кронштейны, детали тормозной системы, детали сцепки, подшипники), в электропромышленности и станкостроении, текстильном машиностроении, для изготовления санитарно-технического и строительного оборудования.
Белые чугуны используют как износостойкие конструкционные материалы. В таких чугунах весь углерод находится в связанном состоянии с карбидообразующими элементами. Наиболее дешевым и очень эффективным карбидообразующим элементом является хром. Кроме хрома в белые чугуны часто вводят в небольших количествах другие карбидообразующие: марганец, бор, титан, ванадий, молибден. При введении 5—8 % Сг образуется карбид цементитного типа (Fe, Сг)3 С, а при содержании более 10 % Сг образуются сложные и твердые карбиды (Сг, Fe)7 C3 и (Сг, Fe)23 Ce. Для придания чугуну большей вязкости, жаро- или коррозионной стойкости в его состав вводят никель и медь.
Износостойкие чугуны обозначают буквами ИЧ, и они маркируются по содержанию легирующих элементов, как стали. Чугуны марок ИЧХ4Г7Д, ИЧХЗТД,
ИЧХ28Н2, ИЧХ15МЗ, ИЧХ12М, ИЧХ12Г5, ИЧХ28Н2М2, ИЧХ12ГЗМ и другие применяют для изготовления лопаток дробеметных турбин, шаров и броневых плит для мельниц, элементов конструкций пневмотранспорта, деталей насосов, перекачивающих абразивную среду, деталей пескометов, лопастей шнеков и др.
Антифрикционные чугуны имеют в маркировке букву А. Они предназначены для работы в узлах трения в паре с закаленными, нормализованными или без термической обработки контртелами. Антифрикционные чугуны изготовляют на основе серых, ковких и высокопрочных чугунов.
Серые антифрикционные чугуны АСЧ-1 (с добавками хрома и никеля), АСЧ-2 (с добавками хрома, никеля, титана и меди) предназначены для работы с термически обработанным (закаленным, нормализованным) контртелом; чугун АСЧ-3 (с добавками титана и меди) предназначен для работы с незакаленным контртелом.
Ковкий антифрикционный чугун АКЧ-1 (перлитный или перлитно-ферритный) предназначен для работы в паре с термически обработанным контртелом и чугун АКЧ-2 (перлитно-ферритный или ферритно-перлитный) — для работы в паре с незакаленным контртелом.
Высокопрочный антифрикционный чугун АВЧ-1 предназначен для работы в паре с термически обработанным контртелом и чугун АВЧ-2 — для работы в паре с незакаленным контртелом.
Жаростойкие чугуны — стойкие к окалинообразованию и росту. Эти чугуны выпускают с пластинчатым и шаровидным графитом с добавками хрома, кремния и алюминия и в маркировке имеют букву Ж-
Хромистые чугуны ЖЧХ-0,8, ЖЧХ-1,5, ЖЧХ-2,5 применяют для элементов конструкций доменных, термических и мартеновских печей, колосников агломерационных печей, работающих при температуре до 650 °С. Высокохромистые чугуны, например ЖЧХ-30 (28—30 % Сг), применяют для изготовления горелок, фурм, колосниковых решеток, коробов для отжига, работающих при температурах до 900 °С.
Кремнистые чугуны изготовляют с пластинчатым и шаровидным графитом. Детали из этих чугунов работают без повышенного окалинообразования и роста при температурах 800—900 °С. Из них отливают детали арматуры мартеновских печей, детали котлов, реторты, детали газовых турбин.
Коррозионно-стойкие чугуны легируют хромом, никелем, медью, молибденом и кремнием. Эти чугуны стойки в щелочах, растворах соды, морской воде. Чугуны СЧЩ-1 и СЧЩ-2 применяют при изготовлении котлов для плавки каустика. Чугуны ЧНХТ, ЧН1Х/ЧД, ЧН1МШ применяют в двигателестроении для отливки поршневых колец, направляющих втулок, головок цилиндров, выпускных патрубков, поршней и гильз паровых машин, судовых дизелей, газокомпрессоров и других деталей.
Высококремнистые чугуны (ферросилиды) применяют для поршневых насосов (цилиндры, поршни, клапаны, седла), для оборудования по производству концентрированных серной и азотной кислот (лопатки мешалок, фитинги, втулки, реакционные аппараты, трубопроводы). Высокохромистые сплавы обладают коррозионной стойкостью в азотной, серной, уксусной, фосфорной кислотах, в растворах солей, щелочей и морской воде. Из этих чугунов изготовляют детали насосов, реторты, конденсаторы, вентили, трубы, мешалки для химической промышленности.
Немагнитные коррозионно-стойкие аустенитные чугуны, аустенитная основа которых сохраняется при положительной и отрицательной температурах, получают легированием высокопрочных и серых чугунов никелем в количествах более 12 % или марганцем в количествах более 9 %. Форма графита этих чугунов может быть пластинчатая и шаровидная. Кроме никеля и марганца аустенитные чугуны легируют хромом, медью, молибденом. Для снижения стоимости чугуна никель частично заменяют марганцем. Аустенитные слабомагнитные чугуны применяют в электротехнической промышленности и приборостроении. Как жаростойкие, коррозионно- и износостойкие чугуны применяют в химическом машиностроении, двигателёстроении (седла клапанов, выпускные патрубки, гильзы цилиндров, втулки направляющие), в турбостроении, для деталей насосов, перекачивающих щелочи, кислоты, морскую воду, для деталей, работающих при тепловых ударах.
В зависимости от назначения различают износостойкие, антифрикционные, жаростойкие и коррозионно — стойкие легированные чугуны,
Химический состав, механические свойства при нормальных температурах и рекомендуемые виды термической обработки легированных чугунов регламентируются ГОСТ 7769-82. В обозначении марок легированных чугунов буквы и цифры, соответствующие содержанию легирующих элементов, те же, что и в марках стали.
Износостойкие чугуны, легированные никелем (до 5 %) и хромом (0,8 %), применяют для изготовления деталей, работающих в абразивных средах. Чугуны (до 0,6 % Сг и 2,5 % Ni) с добавлением титана, меди, ванадия, молибдена обладают повышенной износостойкостью в условиях трения без смазочного материала. Их используют для изготовления тормозных барабанов автомобилей, дисков сцепления, гильз цилиндров и др.
Жаростойкие легированные чугуны ЧХ 2, ЧХ 3 применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, турбокомпрессоров, эксплуатируемых при температуре 600°С (ЧХ 2) и 700°С (ЧХ 3).
Жаропрочные легированные ЧНПГ7Х2Ш с шаровидным графитом работоспособны при температурах 500—600°С и применяются для изготовления деталей дизелей, компрессоров и др.
Коррозионно-стойкие легированные чугуны марок ЧХ 1, ЧНХТ, ЧНХМД, ЧН2Х (низколегированные) обладают повышенной коррозионной стойкостью в газовой, воздушной и щелочной средах. Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах (поршневых колец, блоков и головок цилиндров двигателей внутреннего сгорания, деталей дизелей, компрессоров и т. д.).
Антифрикционные чугуны используются в качестве подшипниковых сплавов, так как представляют группу специальных сплавов, структура которых удовлетворяет правилу Шарпи (включения твердой фазы в мягкой основе), способных работать в условиях трения как подшипники скольжения.
Для легирования антифрикционных чугунов используют хром, медь, никель, титан.
ГОСТ 1585-85 включает шесть марок антифрикционного серого чугуна (АЧС-1 — АЧС-6) с пластинчатым графитом, две марки высокопрочного (АЧВ-1, АЧВ-2) и две марки ковкого (АЧК-1, АЧК-2) чугунов. Этим стандартом регламентируются химический состав, структура, режимы работы, в нем также содержатся рекомендации по применению антифрикционных чугунов.
Тема 3.2. Углеродистые стали.
Углеродистые стали разделяют на стали обыкновенного качества и качественные.
3.2.1. Углеродистые стали обыкновенного качества
В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями, так как их выплавляют по нормам массовой технологии. Эти стали преимущественно используются в строительстве как наиболее дешевые, технологичные и обладающие прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения.
Стали маркируют сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв сп, в полуспокойных — пс, в кипящих — кп. Например, СтЗсп, СтЗпс, СтЗкп. Спокойными и полуспокойными производят стали СТ1—Стб, кипящими — Ст1—Ст4. Сталь СтО по степени раскисления не разделяют, в этой стали указывают только содержание углерода (С