Способы получения машиностроительных и инструментальных материалов: получение сталей. Министерство образования и науки РФ 1. Отчет методология выборов материалов и технологии по обработки
 Скачать 483.38 Kb.
|
|
Министерство образования и науки РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Факультет Машиностроительный (институт) __________________________________________________ Машиностроение и Материаловедение секция Материаловедение и технологии конструкционных материалов Кафедра ___________________________________________________ ОТЧЕТ Методология выборов материалов и технологии по обработки дисциплине _________________________________________________ Способы получения машиностроительных и инструментальных материалов: получение сталей на тему _________________________________________________ 2020 Содержание Глава 1 СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЕЙ (УГЛЕРОДИСТЫХ, ЛЕГИРОВАННЫХ)………………………………………………….……………3 1.1 Особенности процесса производства стали…………………………………31.2 Способы производства стали………………………………………………...5 Глава 2 ПРИНЦИПЫ МАРКИРОВКИ УГЛЕРОДИСТИХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ……………………….…………………………..10 2.1 Стали углеродистые. Маркировка углеродистых сталей ………………10 2.1.1 Стали углеродистые обыкновенного качества…………………………10 2.1.2 Стали углеродистые качественные конструкционные……………….112.1.3 Углеродистые стали специального назначения …………………………12 2.2 Влияние легирующих элементов. Маркировка легированных сталей..13Глава 3 ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ СТАЛИ МАРКИ 9ХС (ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ)……………………………19 3.1 Характеристика сталь марки 9ХС…………………………………………..19 3.2 Деталь «нож просечной передний» слоттерный из стали марки 9ХС……………………………………………………………………….……...22 3.2.1 Состав………………………………………………………………………23 3.2.2 Технологические свойства материала из стали марки 9ХС…………….24 3.2.3 Назначение режима термообработки…………………………………….25 Список использованных источников……………………………………..…….26 Глава 1 Способы получения сталей (углеродистых, легированных) Сталь является одним из самых распространенных материалов на сегодняшний день. Она представляет собой сочетание железа и углерода в определенном процентном соотношении. Существует огромное количество разновидностей этого материала, так как даже незначительное изменение химического состава приводит к изменению физико-механических качеств. Сырье для производства стали сегодня представлено отработанными стальными изделиями. Также было налажено производство конструкционной стали из чугуна. Страны-лидеры в металлургической промышленности проводят выпуск заготовок согласно стандартам, установленным в ГОСТ.  1.1 Особенности процесса производства сталиВ производстве стали применяются определенные технологии. Сталь содержит меньшее количество вредных примесей и углерода, за счет чего достигаются высокие эксплуатационные качества. В процессе плавки все примеси и лишний углерод, который становится причиной повышения хрупкости материала, уходят в шлаки. Технология производства стали предусматривает принудительное окисление основных элементов за счет взаимодействия железа с кислородом. Рассматривая процесс производства углеродистой и легированной стали, следует выделить несколько основных этапов процесса: Расплавление породы. Сырье, которое используется для производства металла, называют шихтой. На данном этапе при окислении железа происходит раскисление и примесей. Уделяется много внимания тому, чтобы происходило уменьшение концентрации вредных примесей, к которым можно отнести фосфор. Для обеспечения наиболее подходящих условий для окисления вредных примесей изначально выдерживается относительно невысокая температура. Формирование железного шлака происходит за счет добавления железной руды. После выделения вредных примесей на поверхности сплава они удаляются, проводится добавление новой порции оксида кальция. Кипение полученной массы. Ванны расплавленного металла после предварительного этапа очистки состава нагреваются до высокой температуры, сплав начинает кипеть. За счет кипения углерод, находящийся в составе, начинает активно окисляться. Как ранее было отмечено, чугун отличается от стали слишком высокой концентрацией углерода, за счет чего материал становится хрупким и приобретает другие свойства. Решить подобную проблему можно путем вдувания чистого кислорода, за счет чего процесс окисления будет проходить с большой скоростью. При кипении образуются пузырьки оксида углерода, к которым также прилипают другие примеси, за счет чего происходит очистка состава. На данной стадии производства с состава удаляется сера, относящаяся к вредным примесям. Раскисление состава. С одной стороны, добавление в состав кислорода обеспечивает удаление вредных примесей, с другой, приводит к ухудшению основных эксплуатационных качеств. Именно поэтому зачастую для очистки состава от вредных примесей проводится диффузионное раскисление, которое основано на введении специального расплавленного металла. В этом материале содержатся вещества, которые оказывают примерно такое же воздействие на расплавленный сплав, как и кислород. Кроме этого, в зависимости от особенностей применяемой технологии, могут быть получены материалы двух типов: Спокойные, которые прошли процесс раскисления до конца. Полуспокойные, которые имеют состояние, находящееся между спокойными и кипящими сталями. При производстве материала в состав могут добавляться чистые металлы и ферросплавы. За счет этого получаются легированные составы, которые обладают своими определенными свойствами. 1.2 Способы производства стали Существует несколько методов производства стали, каждый обладает своими определенными достоинствами и недостатками. От выбранного способа зависит то, с какими свойствами можно получить материал. Основные способы производства стали: Мартеновский метод. Данная технология предусматривает применение специальных печей, которые способны нагревать сырье до температуры около 2000 градусов Цельсия. Рассматривая способы производства легированных сталей, отметим, что этот метод также позволяет проводить добавление различных примесей, за счет чего получаются необычные по составу стали. Мартеновский метод основан на применении специальных печей. Суть данной технологии заключается в переработке чугуна и другого металлолома при применении отражательной печи. Производство различной стали в мартеновских печах (рис. 1) можно охарактеризовать тем, что на шихту оказывается большая температура. Для подачи высокой температуры проводится сжигание различного топлива.  Рис. 1. Схема мартеновской печи Мартеновский способ производства стали имеет некоторые моменты: Мартеновские печи оборудованы системой, которая обеспечивает подачу тепла и отвода продуктов горения. Топливо подается в камеру сгорания поочередно, то с правой, то с левой стороны. За счет этого обеспечивается образование факела, который и приводит к повышению температуры рабочей среды и ее выдерживание на протяжении длительного периода. На момент загрузки шихты в камеру сгорания попадает достаточно большое количество кислорода, который и необходим для окисления железа. При получении стали мартеновским способом время выдержки шихты составляет 8-16 часов. На протяжении всего периода печь работает непрерывно. С каждым годом конструкция печи совершенствуется, что позволяет упростить процесс производства стали и получить металлы различного качества. Электросталеплавильный метод. Для того чтобы получить материал высокого качества проводится производство стали в электропечах (рис. 2). За счет применения электрической энергии для нагрева сырья можно точно контролировать прохождение процесса окисления и выделения шлаков. В данном случае важно обеспечить появление шлаков. Они являются передатчиком кислорода и тепла. Данная технология позволяет снизить концентрацию вредных веществ, к примеру, фосфора и серы. Электрическая плавка может проходить в самой различной среде: избыточного давления, вакуума, при определенной атмосфере. Проводимые исследования указывают на то, что электросталь обладает самым высоким качеством. Применяется технология для производства качественных высоколегированных, коррозионностойких, жаропрочных и других видов стали. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяется дуговая печь цилиндрической формы с днищем сферического типа. Для обеспечения наиболее благоприятных условий плавки внутреннее пространство отделывается при использовании жаропрочного металла. Работа устройства возможна только при подключении к трехфазной сети. Стоит учитывать, что сеть электрического снабжения должна выдерживать существенную нагрузку. Источником тепловой энергии становится электрическая дуга, возникающая между электродом и расплавленным металлом. Температура может быть более 2000 градусов Цельсия.  Рис. 2. Схема электропечи Кислородно-конвертерный. Непрерывная разливка стали в данном случае сопровождается с активным вдуванием кислорода, за счет чего существенно ускоряется процесс окисления. Применяется этот метод изготовления и для получения чугуна. Считается, что данная технология обладает наибольшей универсальностью, позволяет получать металлы с различными свойствами. Способы производства оцинкованной стали не сильно отличаются от рассматриваемых. Это связано с тем, что изменение качеств поверхностного слоя проходит путем химико-термической обработки. Существуют и другие технологии производства стали, которые обладают высокой эффективностью. Например, методы, основанные на применении вакуумных индукционных печей, а также плазменно-дуговой сварки. Производство различной стали в кислородных конвертерах. Данная технология предусматривает продувку жидкого чугуна в конвертере. Для этого проводится подача чистого кислорода. К особенностям этой технологии можно отнести нижеприведенные моменты: Конвертор – специальное оборудование, которое представлено стальным сосудом грушевидной формы (рис.3). Вместительность подобного устройства составляет 100-350 тонн. С внутренней стороны конструкция выкладывается огнеупорным кирпичом. Конструкция верхней части предполагает горловину, которая необходима для загрузки шихты и жидкого чугуна. Кроме этого, через горловину происходит удаление газов, образующихся в процессе плавления сырья. Заливка чугуна и добавление другой шихты проводится при температуре около 1400 градусов Цельсия. Для того чтобы обеспечить активное окисление железа чистый кислород подается под давлением около 1,4 МПа. При подаче большого количества кислорода чугун и другая шихта окисляется, что становится причиной выделения большого количества тепла. За счет сильного нагрева происходит расплавка всего шихтового материала. В тот момент, когда из состава удаляется излишек углерода, продувка прекращается, фурма извлекается из конвертора. Как правило, продувка продолжается в течение 20 минут. На данном этапе полученный состав содержит большое количество кислорода. Именно поэтому для повышения эксплуатационных качеств в состав добавляют различные раскислители и легирующие элементы. Образующийся шлак удаляется в специальный шлаковый ковш. Время конверторного плавления может меняться, как правило, оно составляет 35-60 минут. Время выдержки зависит от типа применяемой шихты и объема получаемой стали.  Рис. 3. Конвертор Глава 2 Принципы маркировки углеродистых и легированных сталей |