Тег «качество»

Разливка стали

Разливка стали — важная операция, в большой степени определяющая качество готового изделия. Имеются два способа разливки: в изложницы и непрерывная разливка. Разливка в чугунные формы — изложницы имеет много недостатков. Стоимость изложниц велика, крупные слитки нужно обжимать на мощных прокатных станах. Это удорожает процесс, снижает производительность. Неизбежно при этом появление в слитках дефектов, усадочных раковин. Непрерывная разливка стали имеет огромные преимущества перед разливкой в изложницы и лишена ее недостатков. При использовании этого способа сокращается цикл производства, создаются условия для механизации и автоматизации процессов, уменьшаются расходы по переделу. Схема непрерывной разливки стали представлена на рис. 16. Из разливочного ковша / сталь поступает в промежуточное устройство 2, а затем — в кристаллизатор 3, охлаждаемый водой. Металл вначале кристаллизуется на дне кристаллизатора,, образованном плитой — затравкой. Когда металл заполнит кристаллизатор, включают механизм вытягивания, и затравка вместе с формирующимся слитком вытягивается из кристаллизатора, попадает в зону 4 вторичного охлаждения, продвигается вытяжными роликами 5, а затем газовым резаком 6 автоматически разрезается на слитки нужной длины. В решениях XXV съезда КПСС развитию непрерывной разливки стали уделено особое внимание.

Теги: , , , ,

СВЕДЕНИЯ 0 КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Кристаллизация металлов. Пространственные кристаллические решетки образуются в металле при его переходе из жидкого состояния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией. Превращения, происходящие в процессе кристаллизации, имеют важное значение, так как в значительной степени определяют свойства металла. Впервые процессы кристаллизации были изучены русским ученым Д. К. Черновым. Кри- сталлизация состоит в следующем. В жидком металле атомы непрерывно движутся. По мере понижения температуры движение замедляется, атомы сближаются и группируются в кристаллы. Эта первичная группа кристаллов получила название центров кристаллизации. Далее к этим центрам присоеди»яются вновь образующиеся кристаллы. Одновременно продолжается образование новых центров. Таким образом, кристаллиза- Рис. 2. Схема процесса кристаллизации металла ция состоит из двух стадий: образования центров кристаллизации и роста кристаллов вокруг этих центров. На рис. 2 показан механизм кристаллизации. Сначала рост кристаллов не встречает препятствий (рис. 2, а), и растущие кристаллы сохраняют правильность строения кристаллической решетки. При дальнейшем движении кристаллы сталкиваются, и образовавшиеся группы имеют уже неправильную форму, но сохраняют правильность строения внутри каждого кристалла. Такие группы кристаллов называют зернами (рис.2, б, в, г и д). На рис. 2, е показаны границы зерен различных размеров, что влияет на эксплуатационные свойства металла. Крупнозернистый металл имеет низкое сопротивление удару, при обработке мешает получению требуемого класса шероховатости поверхности. Размеры зерен зависят от различных факторов: природы самого металла и условий кристаллизации. Так как процессы кристаллизации зависят от температуры и протекают во времени, то кривые охлаждения (рис. 3) строятся в координатах температура — время. На кривой 1 показан идеальный процесс кристаллизации металла без переохлаждения. Сначала температура понижается равномерно — кривая идет вниз. При достижении температуры затвердевания падение температуры прекращается — на кривой образуется горизонтальный участок. Это объясняется тем, что груп- Рис. 3. Кривые охлаждения при кристаллизации: / — теоретическая кривая кристаллизации металла; 2 — кривая кристаллизации металла с переохлаждением; 3 — кривая кристаллизации неметалла ,пировка атомов идет с выделением тепла. По окончании затвердевания температура снова понижается. По закону кристаллизации чистых металлов каждый металл кристаллизуется при строго индивидуальной температуре. Практически кристаллизация протекает несколько иначе, так как часто имеет место переохлаждение, т. е. металл при температуре затвердевания остается жидким, и кристаллизация начинается при более низкой температуре. Разница между идеальной и истинной температурой кристаллизации называется степенью переохлаждения. Кривая 2 соответствует процессу кристаллизации с переохлаждением. Кривая 3 характерна для кристаллизации неметаллов: нет четко выраженной температуры кристаллизации, затвердевание происходит постепенно. Степень переохлаждения является важнейшим фактором, определяющим величину зерна. При большой скорости охлаждения степень переохлаждения больше и зёрна мельче. Так, при отливке тонкостенных изделий получается мелкозернистая структура, при отливке толстостенных — крупнозернистая. Вторичная кристаллизация (аллотропия). Некоторые металлы: железо, кобальт, оково и др. — имеют в твердом состоянии две и более кристаллических решеток при неодинаковых температурах. Существование одною Рис. 4. Аллотропические превращения в железе и того же металла в разных кристаллических формах называют аллотропией, а процесс перестройки одного вида атомов кристаллической решетки в другой — аллотропическим превращением. Аллотропные формы, в которые кристаллизуется металл, обозначают буквами а, р, у, 8 и т. д. Так, при температуре 1539° С железо из жидкого состояния переходит в твердое и образуется б-железо с объемно-центрированной кубической решеткой (рис. 4); между 1390 и 910° С устойчиво у-железо немагнитное с гранецентрированной кубической решеткой, которая при дальнейшем охлаждении не перестраивается. При температуре 768° С железо из немагнитного р-железа становится магнитным а-железом. Эти модификации имеют важное практическое значение для термической обраб
отки и подробно рассматриваются в гл. 4. Методы изучения структуры металлов. Исследование структур металлов и сплавов производится методами макро- и микроанализа, рентгеновского, спектрального, термического, а также дефектоскопии (рентгеновской, магнитной, ультразвуковой). Методом макроанализа изучается макроструктура, т. е. структура, видимая невооруженным глазом или с помощью лупы, при этом выявляются крупные дефекты: трещины, усадочные раковины, газовые пузыри и т. д., а также неравномерность распределения примесей в металле, и расположение волокна в поковках, прокате и т. д. Макроструктуру определяют по изломам металла, по макрошлифам. Макрошлиф — это образец металла или сплава, одна из сторон которого отшлифована, протравлена и рассматривается при помощи лупы. Микроанализ выявляет структуру металла или сплава по микрошлифам, рассматриваемым под микроскопом при увеличении до 2000х, а в электронных микроскопах — до 25 000х. Этот важнейший анализ определяет размеры и форму зерен, структурные составляющие, микродефекты, лежащие под поверхностью, качество термической обработки. Зная микроструктуру, можно объяснить причины неудовлетворительности свойств металла, не производя их исследование. С помощью рентгеновского анализа изучают структуру кристаллов, а также дефекты, лежащие в глубине. Этот анализ позволяет обнаружить дефекты, не разрушая металла. Широко применяют для исследования структуры металла гамма-лучи, проникающие в изделие на значительно большую глубину, чем рентгеновские. Магнитным методом исследуют дефекты в магнитных металлах (стали, никеле и др.) на глубине до 2 мм (непровар в сварных швах, трещины и т. д.). Ультразвуковым методом осуществляются эффективный контроль качества изделий и заготовок любых металлов на большой глубине. Ультразвук используют для контроля качества роторов, рельсов, поковок, проката и других изделий при необходимости сохранения целостности изделий.

Теги: , , , ,

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ

К специализированным процессам относят: обкатывание, раскатывание и калибрование отверстий, накатывание рифлей, зубьев, резьбы и т. д. Обкатыванием и раскатыванием упрочняют и отделывают фасонные и плоские, конические и цилиндрические наружные и внутренние поверхности деталей. Как правило, обкатывают внутренние фасонные и цилиндрические поверхности с применением вращающихся роликов и шариков.  Калиброванием называется однократное или многократное перемещение в отверстии, имеющем несколько меньшие размеры, чем инструмент, шариков, оправки-дорна, специальной прошивки. При этом происходит сглаживание неровностей, упрочнение обработанной поверхности. Калиброванием получают отверстия с поверхностями 9—10-го классов шероховатости и с размерами по 6—7-му квалитетам СТСЭВ. Накатывание служит для получения внешних фасонных поверхностей за счет вдавливания инструмента в материал заготовки и выдавливания частиц его во впадины инструмента. Этим методом выполняют резьбы, мелкомодульные зубчатые колеса, мелкошлицевые валы, клейма и рифления. Достоинствами метода являются высокая производительность, хорошее качество, низкая стоимость деталей. Кроме того, детали имеют высокую износостойкость, механическую и усталостную прочность.

Теги: , , ,

Схема кислородного конвертора

Схема кислородного конвертора показана на рис. 12. В горловину вводят водоохлаждаемую кислородную фурму, установленную на высоте 400—600 мм над уровнем расплава, и начинают вдувать кислород. Вначале окисляются кремний, марганец, фосфор, которые переходят в шлак. Шлак сливают. Затем вводят известь для ошлакования серы. Одновременно выго- углерода и этих примесей. Основные способы производства стали: конверторный, мартеновский и электрический. Конверторный способ. Ранее конверторную сталь выплавляли в бессемеровских и томасовских конверторах путем продувки жидкого чугуна воздухом. Теперь эти способы заменены более прогрессивным и производительным — кислородно-конвертор ной плавкой. Кислородно-конверторная плавка основана на продувке жидкого чугуна кислородом, подводимым сверху в конвертор. Производительность конверторов достигает 350 т за одну плавку. Современный 250-тонный конвертор имеет высоту Эми диаметр 11 м. Конвертор установлен на станинах и имеет механизм вращения. В нижней части конвертора — углерод. Процесс идет с бурным выделением тепла, поэтому топливо не требуется. Температура достигает 2500е С. В конце плавки сталь раскисляют, т. е. отнимают кислород от РеО. Плавка в 250-тонном конверторе длится 50—55 мин. Преимущества кислородно-конверторного способа следующие: не требуется больших капитальных затрат, высокая производительность, качество стали не уступает мартеновской. Сейчас ведутся работы по созданию систем автоматического управления кислородно-конверторной плавкой с помощью ЭВМ. С учетом указанных преимуществ, а также того, что в этом процессе не требуется топлива, коэффициент использования тепла составляет около 70%; это намного выше, чем в других сталеплавильных агрегатах. В ближайшее время доля кислородно-конверторной стали составит 45% всей выплавки и будет возрастать в дальнейшем за счет сокращения мартеновской плавки. Мартеновский способ. Сталь в мартеновских печах выплавляется из передельного чугуна, твердого или жидкого, и металлического лома. Иногда вместо лома используют железную руду. Вводят флюсы, главным образом известняк. Топливом служат газы: доменный, коксовальный, природный, а также мазут или нефть. Схема устройства мартеновской печи представлена на рис. 13. Основная часть печи — рабочее пространство А, ограниченное сводом 1, подом 11, задней и передней стенками и головками 3 с боковых сторон. В передней стенке имеются завалочные окна 2, закрывающиеся заслонками. Через завалочные окна загружают печь, берут пробы, наблюдают за процессом. В нижней части задней стенки имеется одно или два отверстия для выпуска шлака и стали. В головках печи, расположенных симметрично, имеются каналы 4 и 5, через которые в печь поступают газ (или нефть) и воздух, а также отводятся продукты горения. Подогрев газа и воздуха происходит в регенераторах б и 7, имеющих огнеупорную насадку с вертикальными каналами. В нижней части регенераторы сообщаются с каналами 8 и 9, по которым поступают газ и воздух и отходят продукты горения. Периодически переключая клапаны 10, меняют направление газа и воздуха и отходящих продуктов горения. Путем подогрева газа и воздуха в печи достигается температура примерно 2000° С. Мартеновский процесс состоит в плавлении, кипении, раскислении. Во время плавления окисляются кремний, марганец, сера и фосфор. Окислы, соединившись с флюсами, переходят в шлак. Затем выгорает углерод и происходит кипение металла. В процессе кипения осуществляется химический контроль. В конце Рис. 13. Устройство мартеновской печи плавки сталь раскисляют. Процесс длится в зависимости от объема печи 6—14 ч. По характеру раскисления сталь делится на кипящую, полуспокойную и спокойную. Кипящая сталь менее плотная. В ней имеются газовые включения, она применяется для неответственных деталей. В спокойной стали газов нет, она плотнее, используется для рессор, коленчатых валов. В полуспокойной стали находится немного газов, она служит для изготовления проволоки и мостовых конструкций. В ГОСТах на сталь даны индексы раскисленности стали.

Теги: , , , , ,