Шпаргалка по "Металлургии"

Вопрос 1

    Чугун – железоуглеродистый сплав, содержащие более 2,14 % С и затвердевающие с образованием эвтектики. Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении.

    Чугун отличается от стали: по составу –  более высокое содержание углерода и примесей; по технологическим свойствам – более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.

    В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

    – белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;

    – серый чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;

– половинчатый – часть углерода находится в  свободном состоянии в форме  графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.

 Легированный  чугун наряду с обычными примесями  содержит элементы: хром, никель, титан  и др. Эти элементы улучшают   твердость,   прочность,   износостойкость.   Различают хромистые,  титановые,   никелевые  чугуны.   Их   применяют  для

изготовления   деталей   машин   с   повышенными   механическими свойствами, работающих в водных растворах, в газовых  и других агрессивных средах.

Специальный чугун, или ферросплав, имеет повышенное содержание кремния или марганца. К нему относятся ферромарганец, содержащий до 25% марганца, и ферросилиций, содержащий 9—13% кремния и 15—25% марганца. Эти чугуны применяются при плавке стали для ее раскисления, т.е. для удаления из стали вредной примеси — кислорода.

Ковкий чугун получают термообработкой из белого чугуна. Он получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д. 

Вопрос 2

    Для выплавки чугуна в доменных печах  используют железные руды, топливо, флюсы.

    К железным рудам относятся:

    – магнитный железняк

    – красный железняк

    – бурый железняк

    - Марганцевые  руды 

    - Хромовые  руды 

    Топливом для доменной плавки служит кокс, возможна частичная замена газом, мазутом.

    Флюсом является известняк CaCO₃ или доломитизированный известняк, содержащий CaCO₃ и MgCO₃, так как в шлак должны входить основные оксиды (CaC, MgO), которые необходимы для удаления серы из металла.

Вопрос 3

    Из  высокопрочного чугуна изготовляют  тонкостенные отливки (поршневые кольца), шаботы ковочных молотов, станины и  рамы прессов и прокатных станов, изложницы, резцедержатели, планшайбы.

    Отливки из ковкого чугуна применяют для  деталей, работающих при ударных  и вибрационных нагрузках.

    ВЧ35 ВЧ45 ВЧ80 КЧ 370-12

Вопрос 4

1) процесс переработки  материалов (главным образом металлов) в плавильных печах с получением конечного продукта в жидком виде. В металлургии применяется для извлечения металла из руды (доменная П.), передела твёрдой или жидкой металлической шихты (мартеновская П., электроплавка, кислородно-конвертерная П., рафинирование ферросплавов и цветных металлов), получения сплавов, расплавления твёрдого металла для отливки слитков или фасонного литья и др. целей

Продуктами доменного  производства являются: чугун, шлак и  доменный газ.

Основным показателем  производительности доменной печи служит коэффициент использования полезного объема печи, представляющий собой отношение полезного объема печи, выраженного в кубометрах, к суточному выпуску чугуна, выраженному в тоннах. Чем меньше этот коэффициент, тем меньший объем печи требуется для выплавки 1 г, чугуна в сутки, т. е. тем лучше работает печь.

Вопрос 5

Металлургическое  производство - получение черных, цветных, редких, редкоземельных и драгоценных  металлов, их сплавов и химических соединений от минерального или вторичного сырья до готовой продукции.

 Основные  этапы переплава чугуна в сталь.

Первый этап: Расплавление шихты и нагрев металла. Окисление железа. Удаление фосфора. Для более полного удаления фосфора  в расплавленный металл добавляют  шлак, содержащий CaO.

Второй этап: кипение металлической ванны, восстановление Fe из FeO с выделением углекислого газа.

Третий этап: раскисление стали (восстановление Fe из FeO). 

Вопрос 6

Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5% углерода

    Низкоуглеродистые стали 05 кп, 08, 10, 10 пс обладают малой прочностью высокой пластичностью. Применяются без термической обработки для изготовления малонагруженных деталей – шайб, прокладок и т.п.

    Среднеуглеродистые  стали 35, 40, 45 применяются после нормализации, термического улучшения, поверхностной закалки.

    Высокоуглеродистые  стали 60, 65, 70, 75 используются как рессорно-пружинные после среднего отпуска. В нормализованном состоянии – для прокатных валков, шпинделей станков.

Вопрос 7

Основным способом производства стали в конвертерах  является кислородно- конвертерный. Этот способ заключается в продувке жидкого чугуна кислородом. Процесс идет с бурным выделением тепла, поэтому топливо не требуется. Конвертер имеет грушевидную форму. Внутренняя футеровка изготовлена из основных огнеупоров (магнезит, доломит). Он может поворачиваться для технологических операций. Вместимость современных конвертеров 70-350 тонн, продолжительность плавки 45-50 минут.

Преимущества:

1. Возрастает  качество стали

2. Высокая производительность

3. Не требуется  больших капитальных затрат.

Недостатки:

1. Ограниченность  марок стали

2. Велико испарение  металла, теряется часть кислорода.

ВОПРОС 8

Мартеновский  способ

Печи с большой  емкостью используются для получения  слитков. Рабочее пространство печи ограничено сверху сводом, а сбоку стенками. На передней стенке есть завалочное окно для загрузки сырых материалов. Нижняя часть рабочего пространства ограничена подом и откосами, образующими ванну. Под печи имеет наклон в сторону отверстия для выпуска стали. По количеству чугуна и металлолома, загружаемых в печь, этот способ подразделяется на три вида:

- Рудный процесс  – 90-100% жидкого и твердого чугуна;

- Скрап-рудный (используется  в мартеновском цехе ОАО “Северсталь”) – 50-65% чугуна, остальное металлолом;

- Скрап  –  10-15% чугуна, 65-80% металлолома.

Преимущества:

1. Использование  в больших количествах лома

2. Довольно широкий  ассортимент марок

3. Повышенная  точность химического состава

Недостатки:

1.  Трудоемкость  процесса плавки

2. Сложность  оборудования

3. Низкая производительность

ВОПРОС 9

Производство  стали в электропечах

Существуют два  вида печей: дуговая, индукционная.

Наиболее часто  используют электродуговые печи. Дуга образуется между двумя опущенными через свод графитовыми и угольными  электродами и металлической  шихтой. После расплавления шихты ток проходит между электродами  через шлак и металл.

Окисление кислородом сопровождается кипением стали  и  удалением из них газов и неметаллических  включений.

Преимущества:

1. Высокое качество  стали

2. Выплавка любых  марок

3. Легкость в обслуживании печей

4. Удобство в  регулировании температуры

Недостатки:

Требуется большое  количество электроэнергии.

В ЭСПЦ (электросталеплавильном цехе) – дуговые печи.

ВОПРОС 10

Процесс разливки стали и последующего ее охлаждения оказывает существенное влияние на получение высококачественного металла. Существует разливка стали в изложницы и непрерывная разливка. 

Изложницы —это металлические (обычно чугунные) формы  с круглой, многоугольной или  квадратной формой поперечного сечения. Форма сечения изложницы зависит от дальнейшего использования слитка; квадратные изложницы применяют для проката и поковок; шести- и восьмигранные — для поковок; прямоугольные — для прокатки листов; круглые — для прокатки цельнотянутых труб; специальные профили —для различных назначений.

Наиболее совершенный  способ разливки стали (изобретенный в  СССР) — непрерывная разливка, заключающаяся  в том, что жидкий металл из ковша 1 (рис. 8) через промежуточную емкость 2 непрерывно поступает в кристаллизаторы 3, охлаждаемые водой. Далее затвердевающий металл формируется прокаткой между валками 4 и потом разрезается на куски газорезками 5. Куски стали кантователями укладываются на элеваторы.

ВОПРОС 11

При переплаве легирующие элементы не выгорают, химический состав металла при плавке почти не изменяется. Шлак служит защитным слоем от окисления и поглощения газов из воздуха. Качество стали получается очень высокое. Расход электроэнергии 700-900 кВт-ч/т стали. Применяют печи вместимостью до 10 т.

ВОПРОС 12

Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, могут иметь различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвленные (древовидные) кристаллы, получившие название дендритов (рисунок 1). При образовании кристаллов их развитие идет в основном в направлении, перпендикулярном к плоскостям с максимальной плотностью упаковки атомов. Это приводит к тому, что первоначально образуются длинные ветви, так называемые оси первого порядка. Одновременно с удлинением осей первого порядка на их ребрах зарождаются и растут перпендикулярные к ним такие же ветви второго порядка. В свою очередь, на осях второго порядка зарождаются и растут оси третьего порядка и т. д. В конечном счете образуются кристаллы в форме дендритов. При затвердевании слитка кристаллизация начинается у поверхности более холодной формы и происходит вначале преимущественно в примыкающем к поверхности тонком слое сильно переохлажденной жидкости. Вследствие большой скорости охлаждения это приводит к образованию на поверхности слитка очень узкой зоны 1 сравнительно мелких равноосных кристаллитов

Неравномерное распределение отдельных элементов  по объему слитка называется ликвацией.

Поэтому при  застывании слитка в изложнице внутренняя масса металла не может заполнить всего объема первоначально затвердевшей оболочки, и внутри слитка, в верхней его части, образуется пустота, называемая усадочной раковиной.

От резкого  охлаждения поверхности слитка и  от подвисания слитка на поверхностях и выбоинах изложницы образуются продольные и поперечные трещины. Наличие в металле при заливке газов и неправильный режим заливки приводят к образованию в слитке подкорковых пузырей.

ВОПРОС 13

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ  ЯЧЕЙКА кристалла, часть ат. структуры  кристалла, параллельными переносами к-рой (трансляциями) в трёх измерениях можно построить всю крист. решётку. Э. я. имеет форму параллелепипеда, выбор её определяется симметрией кристаллов.

Аллотропия— существование  одного и того же химического элемента в виде двух и более простых  веществ, различных по строению и свойствам: так называемых аллотропических модификаций или аллотропических форм.