Контрольная работа по «Технологии конструкционных материалов и материаловедение»

     Министерство  образования Российской Федерации 

     Российский  государственный профессионально-педагогический

     университет

     Кафедра материаловедения, технологии контроля в 

     машиностроении  и методики профессионального обучения 
 
 
 
 
 

     КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

     по  дисциплине

     «Технология конструкционных материалов и материаловедение» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнила

     Студенка  группы ЗКМ-104С                               Биктимирова Р.Г. 
 

     Проверил 
 

     Екатеринбург 2010

     Содержание

                                                                                                                               Стр.

Исходные  материалы для производства чугуна……………………………………4

Производство  чугуна…………………………………………………………………7

Производство  стали………………………………………………………………….13

Горячая объемная штамповка……………………………………………………….18

Список использованной литературы………………………………………………..26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВАРИАНТ 4 

      Опишите технологический процесс производства заготовок зубчатых колес коробки передач легкового автомобиля 

     Шестерни  коробок передач автомобилей являются наиболее массовыми.

     Шестерни  изготавливают из поковок, получаемых горячей объемной штамповкой; зубья либо нарезают на зуборезных и фрезерных станках специальными фрезами, либо изготавливают горячей накаткой. Для окончательной обработки зубьев весьма ответственных шестерен используют различные тонкие методы механической обработки (шевингование, притирку, хонингование и др.), чем достигается устранение деформации шестерен после термической обработки и соответственно, хороший контакт, снижение уровня шума и повышение долговечности шестерен при работе.

     Условия работы шестерен определяются их быстроходностью, уровнем контактных и изгибающих нагрузок. В процессе эксплуатации зубья шестерен подвергаются:

     а) изгибу при максимальном однократном нагружении (при резком торможении, заклинивании, при приложении максимально крутящего момента);

     б) изгибу при многократных циклических  нагрузках, вследствие чего в корне зуба развиваются наибольшие напряжения и может происходить усталостное разрушение.

     в) контактным напряжением на боковых рабочих поверхностях зубьев, приводящим к образованию контактно-усталостного выкрашивания (питтинга).

     г) износу боковых поверхностей (из-за попадания абразивных частиц, грязи, пыли в зону контакта) либо торцевых поверхностей зубьев (при переключении передач в коробках передач). При относительном скольжении в условиях недостаточной смазки либо без смазки на рабочих поверхностях зубьев может происходить «схватывание» и образование грубых задиров, приводящих к катастрофически быстрому (в течение нескольких часов) изнашиванию  шестерен

     В механизмах передачи и распределения  энергии зубчатые колеса подвергаются многократному циклическому воздействию переменных нагрузок. Рабочие участки деталей, находящиеся в контакте с другими деталями, воспринимают и передают значительные силы и поэтому должны иметь высокую прочность при контактном нагружении и стойкость по отношению к контактной усталости. Кроме того, эти участки должны быть износостойкими. Сердцевина деталей, кроме высоких прочности и вязкости, для того чтобы противостоять динамическим нагрузкам, должна иметь высокое сопротивление усталости. Надежная работа таких деталей обеспечивается рациональным выбором сталей и режимов обработки деталей.

     Для работы в указанных условиях наиболее подходит низколегированная сталь марки 20ХН2М.

     Таблица 1 Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

 

     Она упрочняется методами химико-термической обработки, характеризуется высокой прочностью, удовлетворительно обрабатываются резанием, в связи с мелкозернистостью подвергается непосредственной закалке после нитроцементации, в меньшей степени деформируется при закалке. Стали с молибденом менее чувствительны к росту зерна и отпускной хрупкости и в связи с большой вязкостью применяются в основном в главных передачах автомобилей. 
 

     Исходные  материалы для производства чугуна 

     Исходными материалами для доменного производства являются руда, флюсы, топливо и воздух.

     Железная руда - это горная порода, содержащая железо в таких количествах, при котором ее технически и экономически целесообразно перерабатывать. Руда состоит из смеси железосодержащих минералов с пустой породой, в состав которой входят различные соединения, прежде всего кремнезем SiО₂, глинозем А1₂О₃, оксид кальция СаО и оксид магния MgO. Пригодность железной руды для доменной плавки зависит от содержания железа, состава пустой породы и концентрации таких вредных примесей, как сера, фосфор, мышьяк и др. Важную роль играет восстановимость руды, которая определяется скоростью восстановления из нее железа и зависит от природы оксида железа, плотности и пористости руды. Чем плотнее и менее пориста руда, тем хуже ее восстановимость.

     Для производства чугуна используют руды следующих основных типов.

     Магнитный железняк или магнетит содержит железо 45-70 % в виде оксида Fe₈О₄ и обладает магнитными свойствами. Руда имеет темный цвет, высокую плотность и трудно восстанавливается.

     Красный железняк или гематит содержит 50-60 % железа в виде безводного оксида Fe₂О₃. Красный железняк содержит мало вредных примесей серы и фосфора; по сравнению с магнитным железняком он более легко восстанавливается. Благодаря этому красные железняки относятся к лучшим железным рудам.

     Бурый железняк представляет собой водный оксид железа Fe₂О₃-3H₂О. Пустая порода обычно загрязнена серой и фосфором.

     Содержание железа в руде около 30%. Благодаря хорошей вос-становимости  использование небогатых руд бурого железняка экономически целесообразно.

     Шпатовый железняк (сидерит) содержит 30 -10 % железа в виде карбоната FeCО₃. Руда характеризуется хорошей восстановимостью и низким содержанием серы и фосфора.

     Перед плавкой руды проходят специальную  подготовку, которая повышает производительность доменных печей и уменьшает расход топлива. Основными операциями подготовки руд к плавке являются дробление, сортировка, обогащение, обжиг и спекание. Целью обогащения руд является удаление пустой породы и повышение содержания железа.  

     Для обогащения железных руд применяют промывку и магнитную сепарацию.

     Промывка  водой позволяет отделить от руды часть рыхлой песчано-глинистой пустой породы. Магнитная сепарация состоит в том, что достаточно измельченную руду помещают в магнитное поле. Магнит притягивает частицы руды, содержащие оксиды железа и обладающие магнитными свойствами, отделяя их от пустой немагнитной породы.

     Агломерацией  называется процесс спекания руд  мелких фракций, концентрата, колошниковой пыли, возврата агломерата на специальной машине. Эти материалы смешиваются с измельченным твердым топливом (коксом, углем), увлажняются и подаются в агломерационную машину (рис.1).

     

     Рис. 1 Схема агломерационной машины

     1-паллеты; 2-шихтовый бункер; 3-горелка; 4-вакуум-камеры (эксгаустеры); 5-агломерат 

     Агломерационная машина ленточного типа состоит из большого числа паллет спекательных тележек с отверстиями в днище, двигающихся по направляющим рельсам. В загруженной паллете после зажигания газовыми горелками начинается горение топлива, причем фронт горения распространяется сверху вниз. Воздух просасывается сквозь слой шихты благодаря действию специальных вакуумных устройств, называемых эксгаустерами. Температура в слое шихты достигает 1300-1600 °С. В результате восстановления магнетита в присутствии кремнезема образуется фаялит Fe₂SiО₄:

     2Fe₃О₄ + 3SiО₂ + 2СО = 3Fe₂SiО₄ + 2CО₂.

     В зоне горения фаялит, имеющий температуру плавления 1209°С, плавится и смачивает зерна шихты, благодаря чему при охлаждении образуется твердая пористая масса - агломерат. Агломерат имеет высокую пористость (до 50 %) и хорошую восстановимость. Кроме того, в процессе спекания почти полностью выжигается сера, которая удаляется в виде сернистого газа. В металлургии обычно используют офлюсованный агломерат, для чего в шихту дополнительно вводят известняк.

     Доменные флюсы - это материалы, вводимые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы железной руды и ошлакования золы топлива. При сплавлении пустой породы и золы с флюсом образуется легкоплавкий шлак, который удаляется из печи в жидком состоянии. Выбор флюсов зависит от химического состава пустой породы. Если пустая порода имеет песчано-глинистый характер, то в качестве флюсов применяют известняк СаСО₃, реже доломит CaCО₃·MgCО₃. При известковой пустой породе флюсами служат кремнезем, кварц или песчаник SiО₂.

     Основным  видом топлива, используемым при  выплавке чугуна в доменных печах  и вагранках, является кокс. Кокс получают сухой перегонкой при 1000-1200°С без доступа воздуха некоторых сортов каменных углей, называемых коксующимися. При удалении летучих веществ в специальных коксовых печах происходит спекание, длительность которого составляет 15- 20 ч. Перед коксованием уголь проходит подготовку, заключающуюся в измельчении в щековых дробилках до крупности зерна 2-3 мм, обогащении и смешивании. Спекшаяся пористая масса кокса при выделении газов растрескивается и распадается на куски. Выделяющийся газ собирается и направляется в химическое отделение, где из него извлекают такие ценные химические продукты, как бензол, аммиак, смолы. После этого коксовый газ используют в качестве топлива.

     В доменном производстве используют кокс в виде прочных кусков размером от 25 до 100-200мм светло-серого цвета с пористостью около 50%. Химический состав металлургического кокса в зависимости от месторождения угля, %: углерода 80-90, серы 0,5-2,0, фосфора до 0,04; золы 8,0-12,0, влаги до 5; летучих 0,7-1,2. Средняя теплота сгорания кокса составляет 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг). 
 

Производство  чугуна 

      Чугуном называется сплав железа с углеродом, который содержит более 2,14 % углерода. Около 80 % всего количества выплавляемого чугуна составляет передельный чугун, являющийся исходным продуктом для производства стали.

     Конструкция доменной печи проста и надежна. Продолжительность  пребывания в ней шихтовых материалов, непрерывно загружаемых через верх печи, - 4...6 ч, а газов, вдуваемых под давлением через фурмы в нижней части печи, - 3... 12с. Несмотря на кратковременность пребывания газов в печи, тепловой коэффициент их полезного действия (до 87 %) является одним из лучших для металлургических объектов.

     Устройство  доменной печи показано на рисунке 2. Современная доменная печь - это сооружение высотой 28... 35м и диаметром в самом широком месте (распаре) до15 м. Очертание рабочего пространства (профиль печи) создается огнеупорной кладкой. Прочность кладке придает стальной кожух. Через колошник 6 с помощью специального загрузочного устройства - засыпного аппарата 7 ведется загрузка шихтовых материалов. Двухконусный засыпной аппарат обеспечивает при своем вращении равномерное распределение шихтовых материалов по сечению колошника печи. Так как в нижней части печи происходит сгорание кокса и восстановление шихтовых материалов, новые порции загружаемой шихты могут постепенно опускаться, т. е. в пространстве печи столб шихты медленно движется вниз, омываясь потоком раскаленных газов, движущихся вверх.