Железоуглеродистые сплавы

Раздел 1. Железоуглеродистые сплавы.

Тема 1.1. Производство чугуна.

Чугун - это сплав железа и углерода (Fe + C), с содержаниям углерода от 2.14 % до 6.67 %; также в чугуне содержаться примеси: Mn и Si (марганец и кремний) - полезные примеси.

S и P (сера и фосфор) - вредные примеси.

Исходные материалы для получения чугуна:

 

1. Железная руда        

Флюсы               ШИХТА     

Топливо

Воздух

    

Железные руды - горные породы, содержащие железо в таких количествах, при которых железо технически и экономически целесообразно перерабатывать.

Флюсы - материалы, которые вводят доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы железной руды. Топливо является не только источником тепла для расплавления руды, но также участвует в химических реакциях в доменной печи, при выплавлении чугуна ( науглероживание ), при производстве чугуна применяют твердое топливо ( кокс, древесный уголь ).

Доменная печь представляет собой печь шахтного типа: общая высота до 80 М; объем рабочего пространства 5600 м3; огнеупорная кладка находится в стальном кожухе толщиной 30- 40 мм.

Доменные  печи работают по принципу противотока : сверху движется шихта, а снизу навстречу ей движутся газы, которые образуются в процессе горения топлива.

Продукты доменного процесса:

 

1. Чугун               ------- основной продукт

2. Шлак

3. Колошниковый газ        побочные продукты

4. Колошниковая пыль 

 

Входящие  в состав чугуна элементы определяют его структуру и свойства. Углерод (С) - важнейшая составляющая чугуна, если углерод находится в чугуне в виде графита, то чугун становится мягким и обрабатывается резанием.

Если углерод  находится в виде цементита (Fe3C), то чугун имеет высокую твердость и плохо обрабатывается резанием.

Кремний (Si) - улучшает литейные свойства чугуна, (жидкочекучесть, усадка) и делается чугун более мягким.

Марганец (Mn) - если его содержание до 1% то он повышает прочность чугуна, и способствует удалению серы из сплава.

Сера - вызывает явление красноломкости ( образование трещин в отливках в горячем состоянии), ухудшает литейные свойства.

Фосфор (P) - вызывает явление хладноломкости ( появление трещин в отливках в холодном состоянии).

Шлак - дешевый строительный материал, идет на изготовление шлакоблоков, бетона, на засыпку дорог.

Колошниковый (доменный) газ - высоко - калорийное топливо, его очищают и используют для нагрева производственных помещений, воздухонагревателей мартеновских печей. Колошниковая пыль - частицы руды и кокса, которые выносятся из домны с отходящими газами, их задерживают пылеуловителями, далее спекают и в виде кусков добавляют в другую шахту.

Тема 1.2. Производство стали.

Сталь – сплав железа с углеродом, с содержанием углерода 2.14%.  Mn и Si – полезные примеси содержащиеся в сплаве, S и P – вредные.

Важной составляющей, которая определяет свойства стали, является углерод. С увеличением процентного содержания углерода, прочность стали повышается, а пластичность понижается.

Исходные материалы для получения стали:

1. Передельный чугун
2. Скрап (стальной лом)
3. Ферросплавы

Свойства, структура, состав и качество стали зависит от способа ее производства

Кислородно – конверторный                          Мартеновский       электро – дуговой

состав шихты: В конвертор  заливают      состав шихты: Белый чушковый      состав шихты: стальной лом

жидкий чугун, и сверху продувают        чугун, стальной лом, железная руда  и ферросплавы.      

его кислородом.                       флюсы (известняк).

 

 

Раздел 2. Строение металлов (Me).

Тема 2.1. Кристаллическое строение металлов.

                              Металлы

                           черные (Fe, Cr,         легкие (<5г/)      легкоплавкие (     . Fe      

Mn), цветные.         тяжелые ()   тугоплавкие (       (железа)

 

Свойства металлов:

1. теплопроводность
2. электропроводимость
3. способность к пластической деформации
4. металлический блеск
5. отражательная способность
6. способность намагничиваться

Металлы – кристаллические тела, т.е. под их кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов, существующих в кристалле.

Кристалл – состоит из атомов расположенных в строго геометрическом порядке, который периодически повторяется в трех измерениях.

Кристаллическая решетка представляет собой воображаемую пространственную сетку, в углах которой расположены атомы образующие металл, т.е. твердое кристаллическое тело.

 

Типы кристаллических решеток.

--------------------------------------------------

 Свойства металлов.

1. Физические

• Плотность
• Теплопроводность
• Тепловое расширение
• Электропроводимость
• Способность намагничиваться

2. Химические (это свойства, которые определяют отношения металлов и химических воздействий различных сред)                                                                                                              

• Жаростойкость
• Окалинастойкость

3. Механические свойства

• Прочность
• Пластичность
• Твердость
• Ударная вязкость
• Относительное удлинение
• Относительное сужение
• Усталость

4. Технологические свойства

• Обрабатываемость резанием
• Обрабатываемость давлением
• Свариваемость
• Прокаливаемость
• Линейные свойства (жидкотекучесть, усадка)

5. Эксплуатационные свойства

• Износостойкость
• Жаропрочность
• Хладностойкость
• Антифрикционность

Тема 2.2. Методы исследования металлов и сплавов.

Метод	Краткое описание
Химический анализ	Проводят в процессе плавки металла, дает полное представление о содержании химических элементов в сплаве, очень  длительный по времени.
Макроскопический анализ	Проводят визуальным способом или  при увеличении в 5 – 30 раз с помощью  луп. Изучают изломы в отливках, поковок, сварочных швов, а также изношенных деталей. По виду излома можно судить о способе производства, о виде термической обработки, о размере зерна, о наличии рыхлот и газовых пузырей, трещин.
Микроскопический анализ	Проводят при увеличении от 50 – 2000 раз с помощью световых микроскопов. Исследуют микроструктуру сплава: готовят  образец, который полируют, протравливают  хим. реактивами, и выявляют особенности  структуры сплавов
Рентгеноструктурный анализ	Основан на явлении отражении рентгеновских лучей с очень короткой волной, от атомов в кристаллической решетке сплава. Лучи отраженный от атомных плоскостей регистрируются на фотопластинке или фотопленке, в виде рентгенограмм. Данным способом можно вычислить расстояние между атомами в кристаллической решетке, и установить их расположение, т.е. получить представление о конструкции и параметрах кристаллической решетки.
Магнитный анализ	Основан на изменении магнитных свойств сплава, с изменением его внутреннего строения при тепловом воздействии. Диаграммы намагничивания образца дают информацию о внутренних процессах, происходящих в сплаве.