Контрольная работа по "Материаловедение"

3. Разливка стали

Выплавленную  в плавильной печи сталь выпускают  в сталеразливочный ковш (рис.4) и  мостовым краном переносят к месту  разливки в слитки. Емкость ковша  обычно определяется емкостью плавильной печи и составляет 5...250 т. Для крупных  плавильных печей применяют ковши  емкостью до 450 т (диаметром и высотой  до 6 м).

Сталь разливают  в изложницы или кристаллизаторы  установок для непрерывной разливки.

3.1 Изложницы  представляют собой чугунные  формы для получения слитков  различного сечения. Масса слитков  для прокатки обычно составляет 10...12 т (реже —до 25 т), а для поковок достигает 250...300 т. Легированные стали иногда разливают в слитки массой в несколько сотен килограммов.

Применяют два  способа разливки стали в изложницы: сверху и сифоном.

При разливке сверху (рис. 5,а) сталь заливают из ковша 2 в  каждую изложницу 1 отдельно. При такой  разливке поверхность

слитков вследствие попадания брызг жидкого металла  на стенки изложницы может быть загрязненной пленками оксидов.

При сифонной разливке (рис. 5 ,Б) сталью заполняют одновременно от 2 до 60 установленных на поддоне 5 изложниц через центровой литник 3 и каналы в поддоне. В этом случае сталь поступает в изложницы  снизу, что обеспечивает плавное, без  разбрызгивания их заполнение, поверхность  слитка получается чистой, сокращается время разливки. Сталь в надставке 4 сохраняется в жидком

рис. 5                                                                                                                     рис.6

состоянии, благодаря чему уменьшаются раковина и отходы слитка при обрезке.

Разливку сверху обычно применяют для углеродистых, а разливку сифоном — для легированных сталей.

3.2 Непрерывная  разливка стали производится  на специальных установках —  УНРС (рис. 6). Жидкую сталь из ковша  6 через промежуточное устройство 5 непрерывно заливают сверху  в водоохлаждаемую изложницу без дна — кристаллизатор 4, а из нижней его части вытягивают со скоростью 1...2,5 м/мин с помощью валков 3 затвердевающий слиток. На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой, окончательно затвердевает и попадает в зону резки, где его разрезают газовым резаком 2 на слитки определенной длины. Полученные слитки с помощью кантователя / опускаются на роликовый конвейер и подаются на прокатные станы.

На УНРС получают слитки прямоугольного сечения размерами  от 150 Х 500 до 300 Х 200 мм, квадратного со стороной от 150 до 400 мм, а также круглые  в виде толстостенных труб.

Благодаря непрерывному питанию и направленному затвердеванию  в слитках., полученных на УНРС, отсутствуют усадочные раковины. Поэтому выход годных заготовок может достигать 96... 98 % массы разливаемой стали, поверхность получаемых слитков отличается хорошим качеством, а металл слитка — плотным и однородным строением.

4. Затвердевание  и строение стальных слитков

Процесс затвердевания  стального слитка и образование  кристаллической структуры в  нем был рассмотрен выше. Необходимо добавить, что строение слитка определяется не только условиями охлаждения, но и степенью раскисления. По этому признаку стали делятся на кипящие, спокойные и полуспокойные.

4.1 Кипящей называют  сталь, не полностью раскисленную в печи. Ее раскисление продолжается в изложнице за счет взаимодействия оксида железа FeO с углеродом. Образующийся при этом оксид углерода СО выделяется из ста

держит неметаллических  примесей, обладает высокой пластичностью.

4.2. Спокойную  сталь получают при полном  раскислении металла в печи и ковше (рис. 7, Б). Такая сталь затвердевает без выделения газов, в слитке образуется плотная структура, а усадочная раковина концентрируется в верхней части, что значительно уменьшает выход годного металла.

4.3. Полуспокойная  сталь получается при раскислении ферромарганцем и недостаточным количеством ферросилиция или алюминия. В этом случае слиток не имеет концентрированной усадочной раковины, в нижней части он обычно имеет строение спокойной, а в верхней — кипящей стали (рис. 7 ,в). Такая сталь по качеству и стоимости является промежуточной между кипящей и спокойной.

5 Способы повышения  качества стали

Выплавленные  в кислородных конвертерах, мартеновских и электрических печах стали  не всегда удовлетворяют по своим  свойствам требованиям современной  техники. Для повышения их качества разработаны специальные технологические  процессы внепечного рафинирования  и рафинирующих переплавов.

Из методов  внепечного рафинирования стали  наиболее широкое применение получила обработка в вакууме и жидкими  синтетическими шлаками.

1. Вакуумную  обработку применяют для уменьшения  содержания в стали растворенных  газов и неметаллических включений.  С этой целью выплавленную  в мартеновских или электрических  печах сталь выдерживают в  течение 10..,15 мин в специальных  камерах с остаточным давлением  265...665 Па в ковше или при  заливке в изложницу. При понижении  давления растворимость газов  в стали (азота, водорода) уменьшается и они в виде пузырьков всплывают на поверхность, захватывая с собой и неметаллические включения.

Вакуумная обработка  позволяет уменьшить в 3...5 раз  содержание газов и в 2...3 раза неметаллических  включений в стали, что способствует повышению ее прочности и пластичности.

5.2. Обработка  стали синтетическим шлаком заключается  в следующем. В разливочный  ковш перед выпуском стали  из плавильного агрегата наливают 3...5 % по отношению к массе стали  жидкого шлака, содержащего 55 % СаО, 42 % Al2O3, до 3 % SiO2 и 1 % FeO. Затем в ковш по возможности с большей высоты мощной струёй выпускают выплавленную сталь. В результате интенсивного перемешивания стали и шлака поверхность их взаимодействия увеличивается в сотни раз по сравнению с той, которая имеется в печи. Поэтому процессы рафинирования резко ускоряются и для их протекания требуется уже не 1,5...2 ч, как обычно в печи, а примерно столько, сколько уходит на выпуск плавки.

Рафинированная  синтетическим шлаком сталь отличается низким содержанием кислорода, серы и неметаллических включений, что  обеспечивает ей высокую пластичность и ударную вязкость.

К числу рафинирующих переплавов относятся: электрошлаковый, вакуумно-дуговой, плазменно-дуговой, электронно-лучевой и др.

5.3. Электрошлаковый  переплав (ЭШП) заключается в следующем.  Переплавляемая сталь подается  в установку в виде расходуемого (переплавляемого) электрода 1 (рис. 8). Расплавленный шлак 2 (смесь 60...65 % CaF2, 25...30 % Al2O3, CaO и другие добавки) обладает большим электросопротивлением и при прохождении электрического тока в нем генерируется тепло, достаточное для расплавления электрода. Капли металла проходят слой шлака, собираются в ванне 3 и затвердевают в водоохлажденной изложнице 4, образуя слиток 5. При этом кристаллизация металла происходит последовательно и направлена снизу вверх, что способствует удалению неметаллических включений и пузырьков газа и тем самым образованию плотной и однородной структуры слитка. В конце переплава поддон 6 опускают и затвердевший слиток извлекают из изложницы.

Современные установки  ЭШП позволяют получать слитки различного сечения массой до 40 т.

5.4. Вакуумно-дуговой  переплав (ВДП) осуществляется в  вакуумных дуговых печах с  расходуемым электродом 2 (рис. 9), при  этом слиток 4 образуется, как и  при ЭШП, в водоохлаждаемой изложнице 3. В корпусе 1 печи поддерживается вакуум около 1,5 Па, что способствует хорошей очистке металла от газов, а направленная кристаллизация обеспечивает удаление неметаллических включений, получение плотной структуры и исключает образование усадочной раковины. Емкость печей для ВДП достигает 50 т.

5.5. Плазменно-дуговой  переплав (ПДП) применяется для  получения стали и сплавов  особо высокой чистоты. Источником  тепла в установке служит плазменная  дуга с температурой 10 000... 15 000 °С (рис. 10). Исходным материалом для получения слитков служит стружка или другие дробленные отходы металлообрабатывающей промышленности. Металл плавится и затвердевает в  водоохлаждаемом кристаллизаторе, а образующийся слиток вытягивается вниз. Благодаря высокой температуре из металла интенсивно

испаряются сера и фосфор, а также удаляются  неметаллические включения.

5.6. Электронно-лучевой  переплав (ЭЛП) осуществляется за  счет тепла, образующегося в  результате облучения переплавляемого  металла потоком электронов. Переплав  ведется в вакуумных установках  при остаточном давлении 0,001 Па, а затвердевание слитка—в водоохлаждаемом кристаллизаторе (рис. 11). Глубокий вакуум и благоприятные условия затвердевания обеспечивают получение особо чистого металла. Поэтому ЭЛП применяют для получения сталей особо высокой чистоты, сплавов со специальными свойствами, а также чистых тугоплавких металлов (W, Mo, Nb и др.).

Точение(растачивание) - метод обработки заготовки металлическим однолезвийным инструментом.   

 Технологические  параметры:

t = от 0,03-0,05 до 7-8 мм, иногда t=0,002-0,006 мм;

S = 0,05-0,1 до 1,5-2 мм/об;

V = от 1-2 до 150-1000 м/мин;

силы резания  Pz = от 10-15 до 800-900 кгс.   

 Точение (растачивание) осуществляется на станках:

Токарных

Револьверных

Расточных

Карусельных

Токарных автоматах  и полуавтоматах (одно- и многошпиндельных) с горизонтальным и вертикальным расположением шпинделей

Токарных многорезцовых  станках

Токарных гидрокопировальных автоматах

и др.   

 Достигаемая точность - от 14-13 квалитета (7-5 класс) до 9-7-го квалитета (3-2а-й класс). При более тщательных условиях обработки - до 5-6-го квалитета (1-2-й класс).   

 Шероховатость поверхности от 2-3-го класса при черновой обработке до 5-6 класса при получистовой; при более тщательной обработке возможно достижение шероховатости 7-10 классов (Ra=1,25 - 0,16 мкм).

Точность  размеров и шероховатость  наружных цилиндрических  
поверхностей при обработке на токарных станках

Отклонение  от соосности поверхностей тел вращения, 
обработанных на токарных станках

 

    Разновидности точения и растачивания:

Черновое  
 t = до 3-10 мм; 
 S = 0,15-1,0 мм/об;  
 Точность обработки: 12-14 квалитет (5-7 класс); 
 Шероховатость поверхности: не выше 3-го класса (Rz=80 мкм); 
 Деформированный поверхностный слой может достигать толщины 0,5-0,9 мм.  
 Область применения: предварительная (черновая) обработка заготовок, снятие основной части припуска, подготовка поверхности для последующией обработки.