Матереловедение. Контрольная по МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ Microsoft Word. Мурманск 2020 Ответить на вопросы Доменное производство. Выплавка чугуна. Физикохимические процессы плавки. 4
 Скачать 38.51 Kb.
|
|
Государственное автономное профессиональноЕ образовательное учреждение мурманской области «Мурманский индустриальный колледж» КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА Студента заочной формы обучения____1___ курса ____19-2-З__ группы ____Безкоровайного Дмитрий Павловича ___________________________ (фамилия, имя, отчество студента) по дисциплине/профессиональному модулю Материаловедение семестр ___1____________ № варианта контр. Работы Вариант 2 Проверил Кулиш Олег Анатольевич (фамилия, имя, отчество преподавателя) Дата сдачи работы__________________ Дата проверки работы_______________ Оценка __________________________ Мурманск 2020 Ответить на вопросы: Доменное производство. Выплавка чугуна. Физико-химические процессы плавки. 4 Основные сведения из теории сплавов. Понятие о твердом растворе. Твердые растворы замещения и внедрения. 6 Испытание металлов на твердость. Определение твердости по Бринеллю. 8 Основы термообработки стали. Превращение в стали при охлаждении. 9 Алюминиевые сплавы, их маркировки и применение. 11 Задание. 13 Задание. 14 Задание. 14 Список литературы. 15 1. ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО. ВЫПЛАВКА ЧУГУНА. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПЛАВКИ. Объём доменного производства чугуна в целом по всему миру составляет 270 млн. т. в год. Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом, выделяющимся при сгорании топлива в печи и твердым углеродом. Устройство доменной печи и ее работа. Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник, шахту, распар, заплечики, горн, лещадь. В верхней части колошника находится засыпной аппарат, через который в печь загружают шихту (офлюсованный агломерат и окатыши). Шихту взвешивают, подают в вагонетки подъемника, которые передвигаются по мосту к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку распределителя шихты. При опускании малого конуса засыпного аппарата шихта попадает в чашу, а при опускании большого конуса - в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу. Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка после очередной загрузки поворачиваются на угол, кратный 60°. При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихты в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был заполнен. Полезный объем печи - это объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Современные доменные печи имеют полезный объем 2000 .5000 м3. Полезная высота доменной печи достигает 35 м. В верхней части горна находятся фурменные устройства, через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива. Воздух нагревают для уменьшения потерь теплоты и снижения расхода кокса. Воздух поступает в доменную печь из воздухонагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка. Насадка выложена из огнеупорных кирпичей, так что между ними образуются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подается очищенный от пыли доменный газ, который сгорает и образует горячие газы. Газы, проходя через насадку, нагревают ее и удаляются через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается, и через насадку пропускается воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной. Воздух, проходя через насадку, нагревается до температуры 1000 .1200 °С и поступает к фурменному устройству , а оттуда через фурмы - в рабочее пространство. Доменная печь имеет несколько воздухонагревателей: в то время как в одних насадках нагревается, в других насадка отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. После охлаждения насадки воздухом нагреватели переключаются. Условно процессы, протекающие в доменной печи, разделяют на горение топлива; разложение компонентов шихты; восстановление железа; науглероживание железа; восстановление марганца, кремния, фосфора, серы; шлакообразование. Все эти процессы проходят в доменной печи одновременно, но с разной интенсивностью, при различных температурах и на разных уровнях. Горение топлива. Вблизи фурм углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорает. В результате горения выделяется теплота и образуется газовый поток, содержащий СО, CO2, N2, Н2, СН4 и др. При этом в печи несколько выше уровня фурм развивается температура выше 2000 °С. Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до температуры 300 .400 °С у колошника. Восстановление железа в доменной печи. Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре 500 .510 °С начинается восстановление оксидов железа. Разложение компонентов шихты происходит в зависимости от ее состава. Если в доменную печь подается офлюсованный агломерат, то эти процессы протекают при агломерации и в доменной печи почти не идут. При работе на шихте, содержащей флюсы и часть сырой руды, в верхней части доменной печи разрушаются гидраты оксидов железа и алюминия. Известняк флюса диссоциирует по реакции СаСО3 = СаО + СО2. В результате взаимодействия оксидов железа с оксидом углерода и твердым углеродом кокса, а также с водородом происходит восстановление железа. Восстановление газами называют косвенным, а восстановление твердым углеродом - прямым. Реакции косвенного восстановления - экзотермические (сопровождаются выделением теплоты), они происходят главным образом в верхних горизонтах печи. Реакции прямого восстановления - эндотермические (сопровождаются поглощением теплоты), они протекают в нижней части доменной печи, где температура более высокая. Восстановление железа из руды в доменной печи происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте печи и повышения температуры в несколько стадий - от высшего оксида к низшему: Fe2O3 - > Fe3O4 - > FeO - > Fe. Восстановление железа заканчивается при 1100 .1200 °С. В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Потери со шлаком составляют не более 1%. 2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ СПЛАВОВ. ПОНЯТИЕ О ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ. ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ ЗАМЕЩЕНИЯ И ВНЕДРЕНИЯ. Чистые металлы характеризуются низким пределом прочности, поэтому в машиностроении применяют главным образом их сплавы. Металлическим сплавом называют сложное вещество, полученное сплавлением (или спеканием) нескольких металлов или металлов с неметаллами. Например, мягкая медь с добавлением олова превращается в более твердую бронзу. При этом улучшаются эксплуатационные и технологические свойства металлического материала. Для изучения процессов, происходящих в сплавах при их превращениях, а также для описания строения сплавов в металловедении используют понятия: компонент, фаза, система. Компонентами называют вещества, образующие систему. Чистый металл представляет собой однокомпонентную систему, сплав двух металлов - двухкомпонентную систему и т. д. Компонентами могут быть металлы и неметаллы, а также устойчивые, т. е. не диссоциирующие на составные части в рассматриваемых интервалах температур вещества - химические соединения. Так, для цветных металлических сплавов компонентами могут быть металлы (например, медь с цинком образует латунь), а для железоуглеродистых - металлы с небольшим содержанием неметаллов (железо с углеродом - чугун, сталь). Фазой называют однородную часть системы, имеющую одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделенную от остальных частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяются скачкообразно. Совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (давлении, температуре), называют системой. Например, однородная жидкость (расплавленный металл) является однофазной системой, при кристаллизации чистого металла система состоит из двух фаз: жидкой (расплавленный металл) и твердой (зерна закристаллизовавшегося металла). Другой пример: механическая смесь двух видов кристаллов образует двухфазную систему, так как каждый кристалл отличен от другого по составу или строению и отделен один от другого поверхностью раздела. Сплав называют однородным (гомогенным), если его структура однофазна, и разнородным (гетерогенным), если его структура состоит из нескольких фаз. Под структурой сплава понимают видимое в микроскоп взаимное расположение фаз, их форму и размеры. Компоненты в сплавах могут составлять жидкие и твердые растворы, химические соединения и механические смеси. Однородные жидкие растворы характерны почти для всех металлов, растворяющихся друг в друге в жидком состоянии в любых соотношениях. В однородном жидком растворе атомы растворимого металла (компонента) А равномерно распределены среди атомов металла В - растворителя. Лишь немногие металлы растворяются в жидком состоянии ограниченно. И только очень немногие металлы из-за большой разницы в размерах своих атомов не растворяются друг в друге в жидком состоянии. В процессе кристаллизации и затвердевания сплавов взаимодействие компонентов может быть различным. Твердые растворы образуются в результате перехода в твердое состояние однородных жидких растворов. В твердом растворе одно из веществ, входящих в состав сплава, сохраняет присущую ему кристаллическую решетку, а другое в виде отдельных атомов распределяется в кристаллической решетке первого вещества. Твердые растворы бывают двух типов: твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. Независимо от типа твердые растворы однофазны. В твердых растворах замещения часть атомов в кристаллической решетке одного из компонентов замещена атомами другого. Твердые растворы замещения образуются, например, в сплавах железа с хромом, никелем и с другими элементами. Твердые растворы замещения называют неупорядоченными твердыми растворами, поскольку атомы растворимого элемента могут замещать атомы растворителя в любых узлах решетки. ИСПЫТАНИЕ МЕТАЛЛОВ НА ТВЕРДОСТЬ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО БРИНЕЛЛЮ. Твердость - это способность материала сопротивляться вдавливанию в него более твердого тела под действием внешних сил. При испытании на твердость в поверхность материалов вдавливают пирамиду, конус или шарик, в связи с чем различают методы испытаний, соответственно, по Виккерсу, Роквеллу и Бринеллю. Кроме того, существуют менее распространенные методы испытания твердости: метод упругого отскока по Шору, метод сравнительной твердости Польди и некоторые другие. При испытании материалов на твердость не изготавливают стандартных специальных образцов, однако к размерам и поверхности образцов и изделий предъявляются определенные требования. По методу Бриннелля вдавливают в образец или изделие стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм под действием нагрузок 3000, 1000, 750, 500, 250, 62,5 кгс и др. гост 9012-59. Полученный круглый отпечаток на образце измеряют под лупой и по таблицам находят величину твердости по Бринеллю, значение которой не превышает 450 нв. Твердость по Бринеллю почти совпадает со значениями твердости по Виккерсу. Твердость нв - это также величина напряжений сопротивления вдавливанию. Твердость по Бринеллю нв имеет размерность кгс/мм2, например, твердость алюминиевого сплава равна 70 нв. При нагрузке, определяемой в ньютонах, твердость по Бринеллю измеряется в мпа. Например, твердость отожженной стали равна 207 нв при нагрузке 3000 кгс, диаметре шарика 10 мм, диаметре отпечатка 4,2 мм или, учитывая коэффициент перевода: 1 н = 9,8 кгс, Нв = 2 028 мпа. ОСНОВЫ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛИ. ПРЕВРАЩЕНИЕ В СТАЛИ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ. а) в стали с содержанием углерода 0,83% аустенит превратится в перлит; б) в стали с содержанием углерода 0,4% сначала из аустенита начнет выделяться феррит, а затем в районе температуры 700° оставшийся аустенит превратится в перлит в) в стали с содержанием углерода 1,2% сначала из аустенита выделится цементит, а затем в районе температуры 700° оставшийся аустенит превратится в перлит. Даже при весьма медленном охлаждении температура распада аустенита не совпадает с теми температурами, при которых аустенит образовался при нагревании. Чем скорость охлаждения больше, тем больше становится гистерезис, т. е. разница между критическими температурами при нагревании и охлаждении. Как указывалось выше, при быстром охлаждении не успевает произойти превращение аустенита в перлит с выделением избыточного феррита или цементита, а в зависимости от скорости охлаждения аустенит превращается в новые структуры - мартенсит, троостит или сорбит. Сталь с этими структурами отличается от сталей со структурами перлита и феррита повышенной твердостью, прочностью и уменьшенной пластичностью. Если углеродистую сталь, нагретую выше критических температур, охладить очень быстро, то аустенит превратится в мартенсит и это превращение начнется лишь при температуре около 200°. При несколько меньшей скорости охлаждения образуется структура троостит, а при еще меньшей — сорбит. В производственных условиях при охлаждении углеродистой инструментальной стали в воде образуется мартенсит, при охлаждении в масле — троостит и при охлаждении в струе воздуха - сорбит. АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ, ИХ МАРКИРОВКИ И ПРИМЕНЕНИЕАлюминий - метал серебристо–белого цвета. Он обладает хорошей коррозионной стойкостью в атмосфере и среде многих органических кислот, что обусловлено образованием на его поверхности сплошной тонкой и плотной оксидной пленки Al2O3. В щелочных средах и некоторых неорганических кислотах алюминий быстро разрушается. По масштабам производства и потребления алюминий занимает второе место после железа. Отечественная промышленность выпускает первичный алюминий (ГОСТ 11069–74) трех сортов: особой чистоты (А999), высокой чистоты (А995–А95) и технической чистоты (А85–А0). В обозначении марки буква «А» означает алюминий, а последующие цифры указывают десятые, сотые и тысячные доли процента содержания алюминия. Например, алюминий марки А995 содержит не менее 99,995 % Al, марки А6 — 99,6 % Al, марки А0 — 99,0 % Al. Алюминий особой и высокой чистоты применяется для лабораторных и специальных целей, алюминий технической чистоты — для технических целей (выпуск деформируемого полуфабриката, получения сплавов и др.). Марки и химический состав технического алюминия (ГОСТ 4784–97). Большой объем производства полуфабрикатов из технического алюминия составляют листы, проволока, прутки, трубы, которые применяются в трех состояниях: отожженном (М), полунагартованном (Н2) или нагартованном (Н), горячекатаном (ГК). Технический алюминий и его сварные соединения обладают высокой коррозионной стойкостью к межкристаллитной, расслаивающей коррозии и не склонны к коррозионному растрескиванию. Алюминиевые сплавы, наряду с сохранением достоинств алюминия, обладают значительно более высокой прочностью и требуемыми эксплуатационно-технологическими характеристиками. Основными легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются Cu, Zn, Mg, Mn, Zr. В условиях равновесия алюминиевые сплавы представляют собой равновесный твердый раствор с выделениями интерметаллидных фаз типа CuAl2 (q -фаза), Al2CuMg (S-фаза), Al6CuMg4 (Т-фаза) и др. Помимо основных элементов в сплавы вводят малые добавки Cr, Zr, Ti, Sc, V, Be и некоторые редкоземельные элементы, которые существенно влияют на кинетику распада пересыщенного твердого раствора, на процесс рекристаллизации и размер зерна, на коррозионные и технологические свойства. Состав промышленных алюминиевых сплавов (ГОСТ 4784–97, ГОСТ 1583–93 и др.), структура и свойства изделий из них в значительной степени определяются способом производства. По способу производства алюминиевые сплавы делятся на две основные группы: деформируемые и литейные. Применение алюминиевых сплавов позволяет существенно снизить вес строительных металлических конструкций. Весьма целесообразным является применение алюминиевых сплавов для сооружений больших пролетов, в которых напряжения, вызываемые собственным весом, составляют значительную часть суммарных напряжений, возникающих от воздействия всех расчетных нагрузок, и вес конструкций играет важную роль при монтаже сооружения. Рационально также применение алюминиевых сплавов для перемещаемых конструкций: кранов-перегружателей, разводных, подъемных и сборно-разборных пролетных строений мостов, больших ворот эллингов и ангаров и т. п., эксплуатация которых упрощается при снижении их веса. Применение алюминиевых сплавов особо целесообразно при строительстве в отдаленных и труднодоступных районах, в пустынных районах и районах высокой сейсмичности. Алюминиевые сплавы успешно применяются также в районах с жарким климатом, поскольку способность этих сплавов отражать солнечные лучи улучшает температурный режим зданий. Использование алюминиевых сплавов для изготовления кровли и верхних поясов стенок стальных резервуаров, в которых хранится сернистая нефть, позволяет удлинить срок эксплуатации этих резервуаров с 3–4 до 20–25 лет. Применение труб из алюминиевых сплавов для строительства магистральных трубопроводов больших диаметров встречает в настоящее время два основных препятствия: недостаточную прочность существующих алюминиевых сплавов и высокие цены на трубы больших диаметров. Новый способ изготовления таких труб из алюминиевых листов позволит существенно снизить их стоимость. Применение труб из алюминиевых сплавов оказывается целесообразным также и потому, что благодаря гладким стенкам пропускная способность трубопроводов возрастает примерно на 10% по сравнению со стальными трубопроводами. Во многих случаях применение конструкций из алюминиевых сплавов при реконструкции существующих мостов позволяет повысить допускаемые на них нагрузки за счет облегчения проезжей части моста. Особое место занимают архитектурные требования, предъявляемые к отдельным конструкциям или сооружению в целом и наиболее полно удовлетворяемые при применении алюминиевых сплавов. ЗАДАНИЕ Укажите назначение, определите температуры нагрева, время прогрева, скорость охлаждения и охлаждающие среды для: -отжига; нормализации; закалки; отпуска стали. Из углеродистой стали У11 толщина детали 60 мм.
7. Расшифруйте марки и укажите назначение конструкционных материалов. БСт2пс, А30, У8А, 08кп, Р6М5К, 8ХФ, Х6ВФ, ШХ18, 20Н3КЮА,Р9К5. БСт2пс – сталь углеродистая конструкционная обыкновенного качества, группы Б с химическим составом № 2 , «полуспокойная». А30 – автоматная сталь улучшенной обрабатываемости резаньем, углерода в районе 0,3 %, для не ответственных деталей. У8А – высокоуглеродистая инструментальная нелегированная сталь с содержанием углерода 0,8%, высококачественная. 08кп – сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная с содержанием углерода 0,08 %, кипящая. Р6М5К – быстрорежущая сталь, вольфрама 0,6%, молибдена 5%, кобальта 1%. 8ХФ – инструментальная, легированная сталь, хрома 8%, вольфрама 1%. Х6ВФ – сталь инструментальная, штампованная, хрома 6%, вольфрама 1%, ванадий 1%. ШХ18 – шарикоподшипниковая сталь, содержание углерода 1%, хрома 1,8%. 20Н3КЮА – высокоуглеродистая сталь, углерода 0,2%, никеля 3%, кобальта 1%, алюминия 1%, высококачественная. Р9К5 – быстрорежущая сталь, вольфрама 9%, кобальта 5%. 8. Подберите марку сплава (материала) для: -клапана вентиля, работающего в сточных водах: - БрО10С2Н3 Бронза оловянная литейная, содержит олово 10%, свинца 2%, никеля 3%;-лезвия безопасной бритвы: - 65Х13 Сталь коррозионно-стойкая обыкновенная содержание углерода 6,5%, хрома 13%; -инструмента для обработки резанием сталей с твердостью 45НRC: - 4Х12Н8Г8МФБ Сталь жаропрочная высоколегированная содержание углерода 0,4%, хрома 12%, никеля 8%, марганца 8%, молибдена 1%, ванадия 1%; -часовой пружины: - У12А инструментальная нелегированная сталь с содержанием углерода 1,2%, высококачественная; -вкладыш подшипника скольжения: БрС30 - Безоловянистая литейная бронза свинцовистая, хим. состав: свинец 30%СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Волков Г.М., Зуев В.М. Материаловедение. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. Гелин Ф.Д. Металлические материалы: Справочник. Минск: Высшая школа, 1987. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1989. Гуляев А.П. Металловедение. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металургия, 1986. Журавлев В.П., Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник. – 4-е изд., перераб и доп. – Машиностроение, 1992. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. – 2-е изд. - М.: Металлургия, 1983. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник/ Под ред. Л.С. Ляховича. – М.: Металлургия, 1981 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||