Суть доменного процесса. Устройство доменной печи доменный процесс
 Скачать 0.52 Mb.
|
Б-4 Технико-экономические показатели доменной плавкиКоэффициентом полезного использования объема называют отношение полезного объема печи V в м3 к суточной ее производительности Т в m:  Так, например, доменная печь объемом V = 1300 м3, выплавляющая в сутки 1800 m чугуна, будет иметь коэффициент использования полезного объема  Коэффициент полезного использования объема доменной печи для различных печей и сортов выплавляемых чугунов колеблется в пределах — от 0,5 до 1,35 м3/m. Технико-экономические показатели работы доменной печи зависят от ряда факторов и могут быть улучшены, если увеличить в шихте долю обогащенной руды и офлюсованного агломерата; внедрить автоматизированные процессы подготовки руды к плавке; использовать природный газ и кислородное дутье, построив крупные экономичные кислородные станции производительностью 35 000 м3/час; повысить давление под колошником на работающих печах до 1,5—1,8 аmu и для проектируемых печей до 2,5 аmu; автоматизировать все доменные процессы. Кислород применяется не только для интенсификации горения топлива в доменной печи, но и для рафинирования жидкого чугуна непосредственно в горн. В горн печи вводится водоохлаждаемая кислородная фурма. При продувке чугуна кислородом уменьшается содержание в нем серы и повышается его температура. 30. Сверхпроводимость. Примеры сверхпроводящих материалов их применение. При каких условиях проявляется сверхпроводимость? Сверхпроводимость металлов была открыта в 1911 г., а ее природа была выяснена в 1957 г. В теории сверхпроводимости так называемая критическая температура связывается с характеристиками самого металла. Сверхпроводимость появляется в тех случаях, когда электроны и ионы взаимно притягиваются. Это притяжение относится только к части электронов, имеющих самую большую энергию, близкую к энергии Ферми ε F (название дано по имени выдающегося итальянского физика Энрико Ферми, построившего в 1942 г. первый ядерный реактор и сделавшего ряд открытий в области физики). При абсолютном нуле (T=0° К) в не сверхпроводящем металле все электроны проводимости имеют энергию ε, меньшую или равную ε F . В создании электрического тока фактически участвуют только электроны с энергией, близкой к энергии Ферми, и для возникновения сверхпроводимости необходимо притяжение между этими электронами. Если такое притяжение имеется, то электроны с противоположными направлениями импульса как бы слипаются, образуя пары электронов. Для разрыва этой пары электронов необходима некоторая энергия. В обычном, неспаренном состоянии электроны рассеиваются в примесях, вкрапленных в металл, или неоднородностях, возникающих в металле в результате теплового движения (тепловое колебание решетки). Рассеянием электронов при их упорядоченном движении и обусловлено электрическое Сопротивление металлов. Когда же электроны находятся в спаренном состоянии, они не рассеиваются на колебания решетки и электрические сопротивление исчезает появляется сверхпроводимость. При этом критическая температура Т к соответствует энергии спаривания. По теории Бардина, Купера и Шиффера критическая температура  где е ≈ 2,72; θ D - некоторая характерная температура, называемая дебаевской, приблизительно равная 500° К; g - постоянная, пропорциональная силе притяжения между электронами, равная ½ . Электроны при своем движении в кристалле возбуждают колебания решетки. И, наоборот, колебания решетки могут воздействовать на электроны, рассеивая их или сообщая им энергию. Квантовая физика объясняет это явление совокупностью фононов - квантов механических колебаний. Электрон в твердом теле при определенных условиях способен порождать фононы, а также способен их поглощать и рассеивать. Возможен процесс, когда один из электронов испускает фонон, а другой его поглощает. Подобное взаимодействие соответствует взаимному притяжению электронов. Кроме того, на электроны действуют электростатические силы отталкивания, ослабленные из-за наличия электронов и ионов, образующих металл- Если электростатическое отталкивание сильнее притяжения, то спаривания электронов не происходит и в металле не может возникнуть сверхпроводимость. И, наоборот, если притяжение превалирует, то металл становится сверхпроводником. Тепловое движение в металле, усиливающееся с ростом температуры, разрывает электронные пары, и при температурах выше Т к сверхпроводимость исчезает. Явление сверхпроводимости родственно явлению сверхтекучести. Для поддержания в сверхпроводнике электрического тока не требуется внешней разности потенциалов. Носителем электрического тока в металле являются электроны. Свойство сверхпроводимости есть, поэтому не что иное, как свойство сверхтекучести электронной жидкости. Но для электронной жидкости в металле изменение ее плотности связано со значительной затратой энергии, поскольку этому препятствуют кулоновские силы, действующие между электронами и решеткой и между самими электронами. Изменение плотности электронной жидкости нарушает условие электронейтральности, поэтому соответствующий спектр длинноволновых колебаний, подобно тому как это имеет место в плазме, начинается с некоторой конечной частоты. При постоянном токе "нормальные" электроны не ускоряются, так как в сверхпроводнике отсутствует электрическое поле. При постоянном токе электрическое поле вызывает появление "нормального" тока 1 н , подчиняющегося закону Ома, с выделением джоулева тепла. Этот эффект становится заметным только при частотах ω/2π, δостаточно высоких для того, чтобы глубина проникновения  стала сравнимой с длиной волны λ, и наблюдается в диапазоне сантиметровых волн. На еще более высоких частотах ток I н начинает полностью превалировать над током сверхпроводимости I s . Переход из сверхпроводящего в нормальное состояние будет осуществляться на частотах, для которых hν ≈ kT K .При постоянном и переменном токе частотой меньше 10 Мгц наблюдается резкое падение сопротивления до нуля. При более высоких частотах сопротивление сверхпроводника при температуре ниже Т к сохраняет конечное значение, тем большее, чем выше частота. В чистых металлах переход в сверхпроводящее состояние сопровождается уменьшением теплопроводности. Это указывает на то, что в условиях сверхпроводимости электроны перестают взаимодействовать с решеткой и не участвуют в переносе тепла. Переход из обычного состояния в сверхпроводящее является фазовым переходом П-рода и сопровождается малыми изменениями других свойств сверхпроводника. Сверхпроводящее (основное) состояние отдалено от нормального (возбужденного) до состояния при температуре ниже Т к энергетической щелью шириной ΔE ≈ 10- 4эв. Утрата связи электронов с решеткой в сверхпроводящей области приводит к быстрому уменьшению затухания. Согласно микроскопической теории отношение коэффициентов затухания сверхпроводящей и обычной фаз определяется формулой  Сверхпроводимость наблюдается в ряде металлов, которые занимают определенные области в периодической системе элементов Менделеева. В табл. 1-1 приведены сверхпроводящие металлы и численные значения их критической температуры. Сверхпроводимость обнаружена также в огромном числе сплавов и более чем в 50 соединениях. Сплавы, т. е. сверхпроводники с примесью атомов других элементов и другими нарушениями решетки, представляют большой практический интерес. Сверхпроводимость наблюдается в сверхпроводящих металлах и сплавах ниже некоторой критической температуры Т к . При этом проходящий через сверхпроводник ток и соответствующая ему напряженность магнитного поля должны быть ниже критических значений I к и T к . Значения I к и T кзависят от температуры Т и стремятся к нулю при возрастании Т до Т к . Существование критических температур, токов и напряженностей магнитного поля Т к , I к и H к ограничивает техническое использование сверхпроводимости. Так, критическая температура свинца равна 7,3° К, а сплава ниобия с оловом (Nb 3 Sn) 18,1° К (самая высокая известная критическая температура). Для получения температуры ниже 18° К используются жидкие водород и гелий (температуры кипения которых при атмосферном давлении равны соответственно 20,4 и 4,2°К). Б-5)5. Производство стали в кислородных конверторах. Суть процесса, исходные материалы, достоинства и недостатки. Продукция и её применение. Производство стали в кислородных конвертерах. Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода (до 2,1 %), кремния (до 0,4 %), марганца (до 0,8 %), примесей серы (до 0,04 %) и фосфора (до 0,04 %). Исходными материалами для получения стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Сутью передела чугуна в сталь является уменьшение содержания углерода и других входящих в чугун элементов. В настоящее время сталь получают преимущественно в кислородных конвертерах, мартеновских и электрических печах. Кислородно-конвертерным и мартеновским способами выплавляют около 80 % всей стали. 31)Бериллиевая бронза, маркировка и применение. Термическая обработка бериллиевой бронзы. Берилевые бронзы : Бр.Б2 (Be 1,8–2,1)( Ni 0,2–0,5); Бр.БНТ1,7 (Be 1,6–1,85)( Ni 0,2–0,4)( Ti 0,1–0,25); Бр.БНТ1,9 (Be 1,85–2,1)( Ni 0,2–0,4)( Ti 0,1–0,25); Бр.БНТ1,9Mr (Be 1,85–2,1)( Ni 0,2–0,4)( Ti 0,1–0,25)( Mg 0,07–0,13); Высокопрочные и токоведущие пружины, мембраны, сильфоны. Использование бериллиевых бронз высокоэффективно в тех случаях когда требуется:1)высокая электропроводность;2)высокая теплопроводность;3)высокие прочностные и упругие свойства;4)высокая коррозионная стойкость;5)отсутствие у материала способности к искрообразованию при ударах и ферро-магнитных свойств; Самой большой областью применения медно-бериллиевых сплавов является их использование в электрических и электронных деталях, в первую очередь в пружинных контактах, переключателях, соединителях, а также в оптико-волоконном телекоммуникационном оборудовании, гнездовых разъемах для соединения интегральных схем с печатной платой. Электронные детали, содержащие медно-бериллиевые сплавы. применяются в компонентах двигательного отсека, электронных схемах системы безопасности автомобиля.Бурильное оборудование и оборудование нефтедобычииспользуется такие свойства бериллиевых бронз как высокая прочность и антифрикционность, коррозионная стойкость, способность не образовывать искру. Из сплава БрБ2 изготовляют скользящие опоры нефтяных насосов опоры буровых долот, трубы, резьбовые соединения колонны бурильных труб, безискровой вспомогательный инструмент. Благодаря высокой прочности, хорошей жаропрочности и электропроводности, широкое применение в контактной сварке находят электроды и электрододержатели из низколегированной бериллиевой бронзы. Срок службы этих электродов значительно превышает соответствующий показатель электродов из бронз БрХ. и БрХЦр. (хромовые бронзы) при точечной сварке строительной арматуры, проволоки, листовой углеродистой стали, БрНХК (никел-хром-кремниевая бронза), сплава МН2,5КоКр при точечной сварке проволоки, арматуры, стыковой сварке листовой стали, сварке рельс для магистральных железнодорожных путей и т.п. Бериллиевые бронзы успешно применяются в плунжерах (поршнях) оборудования для литья под давлением, в т.ч. алюминия, кокилях для литья различных металлов и сплавов, в стенках кристаллизаторов литьевых маши и установок непрерывной разливки сталей. Здесь преимущества бериллиевой бронзы состоят в увеличенном сроке службы и в отсутствии необходимости нанесения дорогостоящего защитного покрытия стенок кристаллизаторов и литейных форм. Бериллиевые бронзы в этих отраслях служат для изготовления ответственных деталей устройств и машин, подвергающиеся совместному воздействию высоких переменных нагрузок, и переменных температур. Так, в современных самолетах бериллиевая бронза используется при изготовлении большинства приборов, а также элементов шасси и т.п. Б-6) 6. Исходные материалы сталеплавильных производств: кислородно-конверторного, мартеновского и электросталеплавильного. Сравнить качество получаемой стали. Характерной особенностьюкислородно-конвертерного производства является неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течение продувки. С наибольшей интенсивностью окисляется углерод на поверхности внедряющегося газового факела. Это объясняется сравнительно низкой температурой ванны и интенсивным окислением кремния и марганца. Далее при снижении содержания кремния и марганца в металле и повышении температуры зона кипения увеличивается и распространяется на весь объем ванны, скорость окисления углерода возрастает. Максимальная скорость окисления углерода 0 3 - 0 5 % / мин достигается в середине плавки. К этому времени температура металла составляет 1400 - 1450 С. К концу продувки скорость окисления углерода вновь снижается вследствие уменьшения содержания углерода в металле. Более равномерное окисление углерода и газовыделение достигаются применением рассредоточенного дутья, а именно применением многоструйных фурм Одной из важных задач дальнейшего развитиякислородно-конвертерного производства является расширение сортамента выплавляемого металла. В связи с этим ведутся работы по освоению выплавки в кислородных конвертерах легированных сталей различных марок. Предпосылками для этого являются: I) возможность получения низких конечных содержаний азота; 2) возможность получения низких содержаний фосфора при остановке продувки на заданном содержании углерода; 3) значительные резервы теплового баланса плавки, позволяющие расплавлять легирующие добавки; 4) малая загрязненность металла нежелательными элементами ( медь, хром и никель в электротехнических сталях) и другие. Последнее связано с использованием относительно небольших количеств скрапа и возможностями его полного исключения как охладителя при замене железной рудой, не содержащей этих элементов Мартеновское производство производство в мартеновских печах (См. Мартеновская печь) металлургических или машиностроительных заводов литой стали заданного химического состава. Сталь получается путём окислительной плавки загруженных в печь железосодержащих материалов — чугуна, стального лома, железной руды и флюсов в результате сложных физико-химических процессов взаимодействия между металлом, шлаком и газовой средой печи. М. п. наряду с другими видами производства стали (см. Кислородно-конвертерный процесс, Электросталеплавильное производство) —второе звено в общем производственном цикле чёрной металлургии (См. Чёрная металлургия); два других основных звена — выплавка чугуна в доменных печах и прокатка стальных слитков или заготовок. Благодаря преимуществам, которыми мартеновский процесс отличался от других способов массового получения стали (большая гибкость и возможность применять его при любых масштабах производства; менее строгие требования к исходным материалам; относительная простота контроля и управления ходом плавки; высокое качество и широкий ассортимент выплавляемой стали; сравнительно небольшая стоимость передела), в конце 19 века и 1-й половины 20 века он был основным сталеплавильным процессом (в 1940—55 этим способом изготовлялось около 80 % производимой в мире стали). Однако в связи с бурным развитием в 60-х годах 20 века кислородно-конвертерного производства строительство мартеновских цехов практически прекратилось; относительная доля мартеновской стали непрерывно уменьшается. В 1970 в мартеновских печах выплавлено в мире Мартеновское производство240 млн. т стали (Мартеновское производство40 %), в СССР — 84 млн. т (Мартеновское производство72 %). М. п. — основной потребитель стального лома (около 50 %). ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ производство - производство стали в электрических (главным образом дуговых) печах. Позволяет получать стали широкого сортамента (от рядовых до высококачественных) при массе плавки от нескольких десятков килограмм до 200 т и выше. Электросталеплавильное производство в дуговых печах делится: по химическому составу огнеупорной футеровки печей и применяемого шлака - на основное и кислое; по шлаковому режиму (по числу наводимых шлаков) - на одношлаковое и двухшлаковое; по характеру процесса - на переплав, имеющий главной целью расплавление металла и ограниченное его рафинирование, и плавку с полным окислением, сопровождающимся дефосфорацией и кипением жидкой стали, в ходе которого из нее удаляются газы и другие нежелательные примеси. Электросталеплавильное производство имеет существенные преимущества перед другими способами получения стали, и его удельный вес в мировом производстве стали непрерывно возрастает. 32. Материалы для резисторов и нагревательных приборов. Привести марки и указать применение. Проводниковые материалы с высоким сопротивлением бывают металлические, получившие наибольшее распространение, и неметаллические. Металлические проводниковые материалы можно разделить на три группы: 1 — для точных электроизмерительных приборов и образцовых резисторов; 2 — для резисторов и реостатов; 3 — имеющие высокую рабочую температуру и предназначенные для нагревательных приборов и нагрузочных реостатов. Основным материалом 1-й группы является медно-марганцевый сплав — манганин. Манганин изготовляется двух марок: МНМцЗ-12 (3% Ni, 12% Mn, 85 % Си) и МНМцАЖЗ-12-0,3-0,3 (3 % Ni, 12 % Mn, 0,3 % А1, 0,3 % Fe, 84,4 % Си). Из первого сплава изготовляют твердую и мягкую (отожженную) проволоку, из второго — только мягкую. К материалам 2-й группы относится константан (40 % Ni, 60 % Си). Удельное сопротивление мягкой константановой проволоки 0,465*10-6, а твердой 0,49*10-6 См*м. Его температурный коэффициент сопротивления близок к нулю. К материалам 3-й группы относятся сплавы никеля, хрома и железа (нихром); хрома, алюминия и железа (фехраль). Проволока из этих сплавов делится по применению на марки Н (для нагревательных приборов) и С (для реостатов). В электронной аппаратуре широко применяют металлопленочные резисторы МЛТ, С2-22 и др. Токопроводящим элементом этих резисторов является тонкий слой сплава с высоким удельным сопротивлением, нанесенный на поверхность керамического стержня и покрытый защитным слоем эмали. Б-7 7. Способы повышения качества стали, их суть и применение стали высокого качества. Улучшить качество металла можно уменьшением в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д. Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов вследствие снижения их растворимости в жидкой стали при пониженном давлении и неметаллических включений. Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу. Для вакуумирования в ковше ковш с жидкой сталью помещают в камеру, закрывающуюся герметичной крышкой. Вакуумными насосами создают разрежение до остаточного давления 0,267…0,667 кПа. При понижении давления из жидкой стали выделяются водород и азот. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержание их в стали снижается. Улучшаются прочность и пластичность стали. Вакуумирование в ковше эффективно проводить до раскисления сильными раскислителями – кремнием и алюминием. Углерод металла реагирует с кислородом, окись углерода откачивается, а с ней откачиваются азот и водород. В результате металл раскисляется без образования неметаллических включений и дегазируется. При вакуумировании струи металла при переливе из ковша в ковш пустой ковш устанавливают в вакуумной камере, откачивают воздух. Подают к камере второй ковш с металлом. Металл из верхнего ковша через воронку переливают в нижний, при этом вакуум в камере не нарушается. Попадая в разреженное пространство, струя распадается на мелкие капли. Дегазация в вакууме раздробленной струи более эффективна по сравнению с вакуумированием металла в ковше. Для высококачественных и некоторых высоколегированных сталей применяют отливку слитков в вакууме. Используют камеру, состоящую из двух частей. В нижнюю помещают просушенную изложницу, в верхней части на плиту герметично устанавливают промежуточный ковш. Откачивают из камеры воздух, в промежуточный ковш наливают металл и начинают разливку. Степень дегазации зависит от остаточного давления. Газы удаляются не только из слитка, но и из струи металла, протекающей в вакууме. Значительное снижение содержания водорода (до 60...70 %) обеспечивает получение стали, нечувствительной к флокенам, что упрощает процесс производства крупных поковок. Слитки, полученные таким способом, характеризуются повышенными механическими свойствами, но стоимость их значительно повышается. Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочных сталей. Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений. Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка, выплавляемого в электропечах или установках ЭШП. 33. Материалы для разрывных контактов. Требования к ним. Примеры применения материалов для слаботочных контактов и контактов высоковольтных выключателей. Разрывные контакты периодически замыкаются и размыкаются. При этом между контактными площадками образуется электрическая дуга. Возникновение дуги ведет к росту температуры, а, следовательно, к снижению механической прочности, окислению материала контактов, появляется вероятность их сваривания, а также возможна эрозия материала. Для того чтобы материал разрывных контактов надежно работал, он должен удовлетворять следующим требованиям: • иметь высокую электропроводность; • быть устойчивым к коррозии; • иметь высокую температуру плавления; • быть твердым; • иметь высокую теплоту испарения; • обладать высокой теплопроводностью. Кроме того, материал должен быть дешевым и недефицитным. Удовлетворить всем эти требования одновременно невозможно, поэтому в каждом конкретном случае выбор материала разрывных контактов является достаточно сложной задачей. Рассмотрим примеры выбора материалов разрывных контактов для некоторых случаев. Для малоответственных разрывных контактов (бытовые выключатели) в качестве материала обычно выбирают латунь — сплав меди с цинком. Наличие в сплаве цинка приводит к повышению механической прочности и росту коррозионной стойкости Для ответственных контактов работающих при малых напряжениях и коммутирующих малые токи (контакты маломощных реле) используют серебро. В тех случаях, когда рабочее напряжение на контактах велико, на токи не большие используют металлы платиновой группы (платину, палладий, иридий, осмий, рутений и родий). При коммутации больших токов, когда нагрев контактов велик, используют композиционные материалы (порошки вольфрама или молибдена пропитанные жидкой медью или серебром). Для мощных контактов также используют металлокерамические композиции — серебро и окись кадмия (СОК). При разработке последнего материала учтен тот факт, что при нагреве выше 900*С окись кадмия диссоциирует на пары кадмия и кислород. Давление в дуге возрастает, длина пробега ионов сокращается и дуга гаснет. При снижении температуры пары кадмия взаимодействуют с кислородом, и окись кадмия конденсируется на контакте. Таким образом, время работы контакта резко увеличивается. Б_8 8. Влияние доменного и сталеплавильного производств на экологию. Современное металлургическое производство имеет следующие основные пределы: производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное и прокатное производство. В состав предприятий входят также ферросплавное, огнеупорное и литейное производства. Все они являются источниками загрязнения атмосферы и водоёмов. Кроме того, металлургические предприятия занимают большие производственные площади и отвалы, что предполагает отчуждение земель. Концентрации вредных веществ в атмосфере и водной среде крупных металлургических центров значительно превышают нормы. Все металлургические переделы являются источниками загрязнения пылью, оксидами углерода и серы. В доменном производстве выделяются дополнительно сероводород и оксиды азота, в прокатном — аэрозоли травильных растворов, пары эмульсий и оксиды азота. Наибольшее количество выбросов в коксохимическом производстве. Здесь, кроме перечисленных загрязнителей, можно отметить пиридиновые основания, ароматические углеводород, фенолы, аммиак, бензопирен, синильную кислоту и др. На долю предприятий черной металлургии приходится 15-20 % общих загрязнений атмосферы промышленностью. В среднем на 1 млн т годовой производительности заводов черной металлургии выделение пыли составляет 350 т/сутки, сернистого ангидрида — 200, оксида углерода — 400, оксидов азота — 42 т/сутки. Черная металлургия является одним из крупных потребителей воды. Водопотребление её составляет 12-15 % общего потребления воды промышленными предприятиями страны. На охлаждение оборудования используется 49 % воды, очистку газов и воздуха — 26, гидротранспорт —11, обработку и отделку металла — 12, прочие процессы — 2% воды. Безвозвратные потери связаны с испарением и уносом воды в системах оборотного водоснабжения, с приготовлением химически очищенной воды, с потерями в технологических процессах, составляют 6-8 %. Остальная вода в виде стоков возвращается в водоемы. Около 60-70 % сточных вод относятся к «условно чистым» стокам, то есть имеют только повышенную температуру. Остальные сточные воды (30-40 %) загрязнены различными примесями и вредными соединениями. Наибольшее количество воды требуется в прокатном, доменном и сталеплавильном производствах. Все сточные воды насыщены взвешенными частицами, образующимися при очистке от пыли, золы и других твердых материалов. Прокатное производство, кроме того, является источником загрязнения маслами, эмульсией и травильными растворами. Металлургические предприятия с большим количеством цехов и вспомогательных служб занимают до 1 000 га. Площади земельных угодий, нарушенных горными работами, занятых отвалами, золо- и шлаконакопителями, огромны. На металлургических предприятиях образуются огромные массы отходов, а утилизируются и обезвреживаются только 34 % их. Образующиеся отходы — это доменный газ и коксовый газ. Для литейного производства применение лома составляет: мартеновской стали — до 500 кг/т, кислородно-конверторной — до 250, электростали — до 940, чугуна передельного — до 120, чугуна литейного — до 20, чугунного литья — до 700 кг/т. 34. Пайка мягкими припоями. Припои, флюсы, инструмент. Технология пайки. Применение пайки мягкими припоями Б-9 9. Пластическая деформация металлов. От каких факторов зависит пластичность металлов. Холодная и горячая обработка металлов давлением. Дать понятие о наклепе и рекристаллизации Пластическая деформация - сложный физико-химический процесс, в результате которого наряду с изменением формы и строения исходного металла изменяются его механические и физико-химические свойства. Рассмотрела физическую сущность процесса пластической деформации. Как известно, металлы и сплавы имеют кристаллическое строение, характеризующееся тем, что атомы в кристаллах располагаются в местах устойчивого равновесия в строго определенном для каждого металла порядке. При особых условиях охлаждения металл затвердевает в виде большого кристалла правильной формы, называемого монокристаллом. Строение монокристалла определяется соответствующей кристаллической решеткой. B промышленных условиях затвердевание металла начинается одновременно во многих центрах кристаллизации. Поэтому после затвердевания такой металл состоит не из одного кристалла, а из большого числа прочно сросшихся друг с другом кристалликов неправильной формы, называемых кристаллитами или зернами. Металлы такого строения называются поликристаллическими. Рассмотрим холодную пластическую деформацию монокристалла. Под действием внешних сил в монокристалле возникают напряжения. Пока эти напряжения не превысили вполне определенной для данного металла величины (называемой пределом упругости), происходит упругая деформация. При упругой деформации атомы отклоняются с мест устойчивого равновесия на расстояния, не превышающие межатомные. После снятия нагрузки под действием межатомных сил атомы возвращаются в прежние места устойчивого равновесия, форма тела восстанавливается, при этом изменений в строении и свойствах металла не происходит. Упругая деформация сопровождается незначительным обратимым изменением объема тела, которое, например, для меди при напряжениях сжатия 100 кг/млti2 (980 Мн/м2) составляет 1,3%. C увеличением внешней нагрузки увеличиваются и отклонения атомов. При определенных для данного металла напряжениях (пределе текучести) атомы смещаются в новые места устойчивого равновесия на расстояния, значительно превышающие межатомные. После снятия нагрузки форма монокристалла не восстанавливается, он получает пластическую деформацию. Необратимые смещения атомов в монокристалле происходят в основном в виде скольжения и в меньшей степени, в виде двойникования. Скольжение представляет собой смещение атомов в тонких слоях монокристалла. Смещения происходят по особым кристаллографическим плоскостям, причем расстояние между плоскостями скольжения составляет 100 200А. При определенных условиях следы скольжения можно наблюдать в виде полос на поверхности деформируемого металла. Двойникование, которое в основном происходит при ударных нагрузках, состоит в стройном смещении группы атомов относительно особой плоскости - плоскости двойникования. Смещенная часть монокристалла будет являться зеркальным отображением (двойником) недеформированной его части. Пластическая деформация монокристалла сопровождается искажениeм кристаллической структуры, образованием осколков и возникновeниeм остаточных напряжений в кристалле. Эти явления, затрудняя процесс дальнейшей деформации, вызывают изменения механических и физико-химических свойств исходного металла: прочность, твердость, электросопротивление и химическая активность увеличиваются, при oдноврeменном уменьшении пластичности, ударной вязкости, магнитной проницаемости и т. д. Совокупность изменений механических и физико-химических свойств в результате холодной пластической деформации называют упрочнением (или наклепом). Необходимо иметь в виду, что при пластической деформации никакого изменения плотности металла практически не происходит, его объем остается постоянным. Как указывалось выше, применяемые в промышленности металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение. При обработке давлением таких металлов происходит пластичecкая деформация отдельных зерен путем скольжения и двойникования (аналогично монокристаллу) и смещение их относительно друг друга. Деформация сопровождается раздроблением зерен и их удлинением в направлении наибольшего течения металла.В результате этого,последиий приобретает строчечную мелкозернистую структуру, отчетливо наблюдаемую под микроскопом (рис. 1, а). Одновременно в зернах, так же как и при холодной деформации монокристалла, искажается кристаллическая структура, oбpазуются кристаллитныe осколки и возникают остаточные напряжения. Рассмотренные явления вызывают упрочнение поликристаллического металла. B большинстве сплавов всегда присутствуют нeметалличeские примеси (окислы, карбиды и т. д.), которые располагаются между зернами в виде пленок или отдельных шариков. При обработке давлением эти включения раздробляются и вытягиваются, придавая металлу волокнистое строение (рис. 1, б), котоpoе при соответствующей обработке поверхности наблюдается невооруженным глазом. Величина пластической деформации металлов ограничена их пластическими свойствами. При некоторой, вполне определенной для каждого металла, величине деформации в нем образуются микротрещины, которые при дальнейшем деформировании интенсивно развиваются и вызывают его разрушение. Рис. 1. Схемы скольжения (а) и двойникования (б) атомов при пластической деформации монокристалла Большинство металлов обрабатываются давлением в нагретом состоянии. Объясняется это тем, что с повышением температуры пластичность увеличивается, сопротивление деформации уменьшается (рис. 2). Если пластическая деформация оказывает упрочняющее влияние на металл, то повышение температуры вызывает его разупрочнение. При незначительном нагреве, увеличивающем подвижность атомов, в холоднодеформированном металле уменьшаются остаточные напряжения и, в некоторой степени, устраняется искажение кристаллической решетки. При этом форма и размеры деформированных зерен не изменяются, строчечная и волокнистая структура металла полностью сохраняются. В результате рассмотренных явлений, называемых возвратом, прочностные свойства металла уменьшаются, пластические - увеличиваются. Рис. 1. Микроструктура холоднодеформированного металла (а), волокнистое строение деформированного металла (б), микроструктура деформированного металла после рекристаллизации (в) Возврат у чистых металлов происходит при температурах Тв = (0,25 ? 0,3) Тпл, где Тпл - абсолютная температура плавления металла. Сплавы же имеют температуру возврата более высокую, чем чистые металлы. Чем выше температура нагрева, тем подвижнее атомы и тем активнее протекает возврат. При температуре выше температуры возврата в деформированном металле происходит рекристаллизация - процесс зарождения и роста новых равноосных зерен неискаженной кристаллической структурой взамен деформированных. В результате рекристаллизации остаточные напряжения снимаются, восстанавливаются исходные его свойства и, таким образом, полностью снимается упрочнение, полученное металлом в процессе его деформирования. Рис. 2. Влияние температуры на Рис.3. Микроструктуры металла пластичность ? и предел прочности коленчатых валов, изготовленных по разным при растяжении ?b стали. технологиям. Если рекристаллизация ликвидирует строчечную структуру деформированного металла (рис. 1, в), то его волокнистое строение сохраняется, так как примеси между зернами являются неметаллическими веществами и рекристаллизация в них не происходит. Итак, обработка давлением металлов при повышенных температурах сопровождается одновременным действием как упрочняющих, так и разупрочняющих процессов. В зависимости от того, какие из этих процессов преобладают, обработка давлением подразделяется на холодную, неполную горячую и горячую деформацию. Холодная деформация характеризуется интенсивным упрочнением, строчечной микроструктурой и отсутствием каких-либо следов возврата и рекристаллизации. Прочность при холодной деформации резко увеличивается, а пластичность существенно уменьшается. При неполной горячей деформации рекристаллизация отсутствует, но протекает процесс возврата. Чем больше скорость деформирования и ниже температура металла, тем в меньшей степени происходит разупрочнение. Поэтому, необходимо помнить, что такой деформации нельзя подвергать малопластичные металлы и сплавы. При горячей обработке давлением упрочнение, полученное металлом в процессе пластической деформации, полностью снимается рекристаллизацией, а металл получает Равноосную микроструктуру, причем волокнистое строение сохраняется. Прочность и ударная вязкость волокнистого металла вдоль волокон выше, чем поперек волокон и это свойство деформированного металла используется при разработке технологического процесса изготовления деталей. Заготовку для будущей детали деформируют таким образом, чтобы направление волокон совпадало с направлением максимальных растягивающих напряжений, возникающих в детали при работе, а сами волокна огибали контур детали и не перерезывались при окончательной механической обработке изделия. Например, в коленчатом вале, изготовленном путем вырезания напуска 1 (рис. 3, а), рабочие напряжения в щеках 2 направлены поперек волокон. Наоборот, в вале, изготовленном путем гибки (рис. 3, б), волокна огибают контур детали и возникающие при работе напряжения совпадают с направлением волокон. Очевидно, что второй вал будет более прочным, чем первый. 35. Проводниковые материалы применяемые для силовых кабелей. Электрическая изоляция их. Привести примеры.
|