Доменный процесс Железные руды, флюсы и топливо

Кручение заключается  в повороте одной части заготовки  относительно другой на заданный угол. При кручении один конец заготовки  зажимают между бойками, а на другой надевают вилку.

Кузнечная сварка состоит  в соединении в одно целое отдельных  частей поковки различными способами (внахлестку, вразруб 2, встык 3). Место  соединения предварительно подготовляют, затем нагревают до сварочной  температуры (обычно 1300-1400°С) и сваривают, применяя внешнее давление. После  этого заготовку в месте сварки подвергают проковке и отделке при  помощи обжимок. Кузнечную сварку применяют  для низкоуглеродистых сталей с  содержанием 0,15-0,25% С при ремонтных  работах и др.

Все операции свободной ковки  производят при горячей деформации.  

 

16.5.2. Кузнечные  машины для свободной ковки.

Эти машины разделяют на молоты и прессы. В свою очередь  молоты разделяют на рычажные, фрикционные, пневматические и паровоздушные.

Основной характеристикой  молотов является масса падающих частей, а прессов - наибольшая сила, развиваемая плунжером. Молоты обеспечивают в течение рабочего хода ударное (динамическое, до 7 м/с), а прессы - относительно медленное (статическое, до 0,1 .ч/с) воздействие  рабочего инструмента на обрабатываемый металл.

При свободной ковке мелких поковок обычно применяют пневматические ковочные молоты с массой падающих частей от 50 до 1000кг, а массу шабота принимают примерно в 10-12 раз большей. Чисто ударов верхнего бойка молота составляет 95-210 в минуту.

При свободной ковке средних  и крупных поковок применяют  паровоздушные ковочные молоты. Паровоздушные  молоты различают простого и двойного действия. Паровоздушные молоты по конструкции разделяют на одностоечные (консольные) с падающими частями  массой 0,5-1,0 т и двустоечные (арочные) с падающими частями 1-5 т. У паровоздушных  молотов масса шабота обычно в 15 раз больше массы падающих частей.

Основную часть подвижных  падающих частей молота составляет «баба». К ней и производится крепление  верхнего бойка. Шабот основная неподвижная часть самого молота или представляющая отдельное целое к чему крепится подушка с нижним бойком.

Для ковки средних и  крупных поковок и особо крупных  применяют гидравлические прессы.

В состав гидропрессовой установки  входит собственно гидравлический пресс, насосная установка, сеть высокого давления с аккумулятором высокого давления, сеть низкого давления с аккумулятором  низкого давления, питающим насосы и пресс на определенных этапах рабочего цикла, орган управления - дистрибутор, система трубопроводов с соответствующей  аппаратурой и арматурой, соединяющие  все элементы в одну гидравлическую систему. В современных прессовых  установках в качестве рабочей жидкости применяют водные эмульсии и минеральные  масла под давлением 20-32 Мн/м2 (200-320 атм.). Гидравлические ковочные прессы обычно имеют номинальную силу 2-15 Мн (200-1500 т), а для ковки особо  крупных слитков (специализированные) до 100-150 Мн (10000-15000 т).

Технологический процесс  ковки на гидравлических прессах  имеет более высокий к.пл. чем  на молотах, однако первоначальные затраты  также более высокие. 

 

16.5.3. Технологический  процесс свободной ковки.

При выборе технологического процесса свободной ковки исходят  из того, чтобы получить поковки  хорошего качества, достигнуть высокой  производительности оборудования и  иметь минимальный расход металла, а также обеспечить безопасность в работе.

Технологический процесс  свободной ковки состоит из следующих  операций:

1.             подготовки исходного металла;

2.             нагрева металла перед ковкой;

3.             собственно ковки на молоте или прессе;

4.             отделки поковки.

Основными документами для  изготовления поковки является чертеж поковки и технологическая карта. В карте указываются: марка стали  поковки, размеры и масса заготовки, нормы расхода металла, основные, вспомогательные и отделочные операции, последовательность выполнения операций с указанием основного и вспомогательного инструмента и приспособлений, тип и силовые характеристики оборудования, режим нагрева заготовки, температура начала и конца ковки и др.

Чертеж поковки составляют по чертежу готовой детали с учетом приписка на дальнейшую (посте ковки) механическую обработку, допуска на номинальные размеры поковки (на точность изготовления поковки) и натека (избытка металла) для упрощения  очертаний поковки.

Полученную поковку подвергают отделке, которая состоит в удалении поверхностных дефектов, очистки  от окалины, шлака и проведении термической  обработки.

Выход годного металла  при свободной ковке определяется отношением массы партии готовых  поковок к массе исходного  металла, выраженным в процентах.

В настоящее время выход  годного металла при получении  поковок из слитков на прессах  не превышает 60%, а из проката на молотах  достигает 90°.

Иногда пользуются расходным  коэффициентом, который представляет обратную величину от выхода годного.

Расходный коэффициент при  получении поковок из слитков  составляет не менее 1,7, а из проката - не менее 1,15.

 Химико-термическая обработка стали.

Химико-термическая обработка - процесс химического и термического воздействия на поверхностный слой стали с целью изменения состава, структуры и свойств. Химико-термическая  обработка повышает твердость поверхности  стали, ее износостойкость, коррозионную стойкость, кислотоустойчивость и  др. свойства. Химико-термическая обработка  нашла широкое применение в машиностроении, так как является одним из наиболее эффективных методов упрочнения стальных деталей для повышения  их долговечности. При химико-термической  обработке за счет изменения химического  состава поверхностного слоя достигается  большое различие свойств поверхности  и сердцевины детали.

Химико-термическая обработка  основана на диффузии атомов различных  химических элементов в кристаллическую  решетку железа при нагреве в  среде, содержащей эти элементы.

Химико-термическая обработка  состоит из 3-х процессов: диссоциации - получения насыщающего элемента в атомарном состоянии; абсорбции - поглощения активных атомов насыщающего  элемента поверхностью металла; диффузии - перемещения атомов насыщающего  элемента с поверхности в глубь  металла. Для абсорбации и диффузии требуется, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом, образуя либо твердые растворы, либо химические соединения. Глубина проникновения диффундирующего элемента зависит от температуры и продолжительности насыщения, а также от состава стали.

Наиболее распространенными  видами химико-термической обработки  является цементация, цианирование, нитроцементация, азотирование, борирование и диффузионная металлизация (алитирование, хромирование и др.).

Цементация - представляет процесс  диффузионного насыщения поверхностного слоя изделия углеродом при нагреве  в соответствующей среде. Цементация придает поверхностному слою высокую  твердость и износостойкость, повышает предел выносливости при изгибе и  кручении. Цементируют детали, работающие в условиях трения, при больших  давлениях и циклических нагрузках - шестерни, поршневые кольца, распределительные валы и др. Для цементации используют низкоуглеродистые стали. При цементации содержание углерода в поверхностном слое доводят до 1%. Толщина цементированного слоя составляет 0,5-2,5 мм. При цементации деталь нагревают без доступа воздуха до 930-950°С в науглероживающей среде (твердой, жидкой или газообразной), выдерживают при этой температуре в течение нескольких часов, а затем медленно охлаждают. После этого деталь могут подвергать нормализации или закалке. Науглероживающей средой служат твердые карбюризаторы (мелкий древесный уголь в смеси с углекислым барием), жидкие соляные ванны (смесь поваренной соли, углекислого натрия, цианистого натрия и хлористого бария) и газы, содержащие углерод (природный, светильный и др.). Цементированные детали часто подвергают закалке температурой 820-850°C и низкому отпуску (150-170°С). После термической обработки структура поверхностного слоя представляет собой мартенсит или мартенсит с небольшим количеством карбидов с высокой твердостью HRC 60-64. Структура сердцевины остается мягкой и высокопластичной и состоит в основном из феррита и перлита.

Азотирование - процесс, заключающийся  в насыщении поверхностного слоя азотом для придания этому слою высокой  твердости, износостойкости и устойчивости против коррозии. Твердость азотированного слоя выше, чем цементированного и  сохраняется до высоких температур 400-600°С, тогда как твердость цементированного слоя с мартенситной структурой сохраняется лишь до 200-250°С. Азотированию в основном подвергают легированные стали, содержащие алюминий, хром, титан и др. Пред азотированием улучшают механические свойства деталей, подвергая их закалке и высокому отпуску. Толщина азотированного слоя составляет 0,2-0,6 мм. Азотированный слой хорошо шлифуется и полируется. Азотированию подвергают детали автомобилей (шестерни, коленчатые валы), а также штампы, пресс-формы и др. Поэтому после азотирования детали подвергают аммиаку при температуре 500-600°С. Аммиак разлагается с выделением активного атомарного азота. При этих температурах в герметически закрытом муфеле вставленном в печь, азот внедряется в поверхностный слой стали и вступает в химическое взаимодействие с легирующими элементами, образуя нитриды хрома, молибдена, вольфрама и др. Эти нитриды повышают твердость стали до HRC 70. Обычные стали после азотирования имеют меньшую твердость, поэтому углеродистые стали подвергают только антикоррозионному азотированию. Процесс азотирования длительный: до 24-60 час при 500-520°С.

Цианирование- процесс химико-термической  обработки, заключающейся в насыщении  поверхностного слоя одновременно азотом и углеродом в расплавленных  солях, содержащих цианистый натрий NaCN. Для получения слоя толщиной до 0,3 мм цианирование ведут при 820-860°С (низкотемпературное цианирование) в течение 0,5-1,5 час. Затем детали закаливают непосредственно из ванны и подвергают низкому отпуску (180-200°С). Твердость цианированного слоя после термообработки HRC 58-62. Низкотемпературному цианированию подвергают детали из среднеуглеродистых сталей и инструменты из быстрорежущей стали. Низкотемпературное цианирование применяют для укрепления мелких деталей. Цианированный слой по сравнению с цементированным имеет более высокую износостойкость. Для получения слоя большой толщины (0,5-2,0 мм) применяют высокотемпературное цианирование при 930-960°С, продолжительностью 1,5-6 часов, высокотемпературное цианирование применяют для деталей из средне- и низкоуглеродистый, а также легированных сталей. Процессы цианирования в сравнении с цементацией более производительны, обеспечивают меньшую деформацию и коробление деталей сложной формы и большую сопротивляемость износу и коррозии. Недостаток цианирования - высокая стоимость и ядовитость цианистых солей.

Нитроцементация - процесс  как и при цианировании, заключающийся  в насыщении поверхностного слоя одновременно азотом и углеродом, но только в газовой среде. Основой  газовой среды служит эндотермический  газ (эндогаз), состоящий из азота (40%), водорода (40%) и окиси углерода (20%). При нитроцементации детали нагревают  до 850-870°С в среде эндогаза с добавлением  природного газа (5-15%) и аммиака (5%) и  выдерживают в течении 4-10 час. Глубина нитроцементированного слоя 0,2-0,8 мм. Она зависит от температуры процесса и времени выдержки. После нитроцементации детали подвергают закалке и низкому отпуску при 160-180°С до твердости HRC 58-64. Нитроцементируют детали сложной формы, подвергающиеся износу (зубчатые колеса) и др., склонные к короблению. Нитроцементация имеет существенные преимущества перед газовой цементацией благодаря более низкой температуре. Нитроцементацию широко применяют в автомобильном и тракторном производстве. Так, на ВАЗе до 20% деталей, проходящих химико-термическую обработку, нитроцементируют.

Борирование - процесс химико-термической  обработки, заключающийся в насыщении  поверхностного слоя бором при нагревании в борсодержащей среде (бура, треххлористый  бор и др.). Борирование проводят при температуре 850-950°С в течение 2-6 час. Для борирования можно  использовать низко- и среднеуглеродистые стали. Борированный слой толщиной 0,1-0,2 мм имеет высокую твердость, износостойкость, в особенности в абразивной среде, коррозионную стойкость; Борирование  применяют для повышения износостойкости  деталей нефтяных насосов, турбобуров, штампов, пресс-форм и др. Борирование  повышает стойкость деталей в 2-10) раз. Однако, борированные слои обладают высокой хрупкостью.

Диффузионная металлизация-процесс  химико-термической обработки, при  котором происходит насыщение поверхностного слоя стали различными металлами (алюминий, хром, цинк и др.) или их комплексами. При насыщении поверхностного слоя стального изделия другими металлами  образуются твердые растворы замещения, поэтому диффузия их осуществляется труднее, чем диффузия углерода или  азота. Диффузионное насыщение поверхности  стали осуществляют при температурах 700-1400°С следующими способами: твердой  диффузионной металлизацией, при котором  металлизатором является ферросплав (феррохром, ферроалюминий и т.д.) с добавлением  хлористого аммония; жидкой диффузионной металлизацией, которую проводят погружением  детали в расплавленный металл (обычно с низкой температурой плавления: цинк, алюминий); газовой диффузионной металлизацией, выполняемой в газовой среде, содержащей хлориды различных металлов.

Так, например, алитирование - это процесс диффузионного насыщения  поверхностного слоя низкоуглеродистой  стали алюминием. Температура процесса 700- 1100°С толщина алитированного слоя 0,2-1 мм, а концентрация алюминия в  поверхностном слое до 30%. Алитирование применяют для повышения жаростойкости  углеродистых сталей. Алитируют чехлы  термопар, детали разливочных ковшей, клапаны и другие детали, работающие при высокой температуре. Хромирование - это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя хромом. Хромирование повышает окалиностойкость и износостойкость деталей в агрессивных средах. Хромируют детали паровых турбин, насосов для перекачки агрессивных сред и т.п. 

 

 

 

 

 

Коррозия  металлов

Коррозией металлов называют разрушение металлических материалов вследствие их физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

Коррозия металлов наносит  большой ущерб хозяйству и  по общепринятому мнению около 1/3 добываемого  металла во всем мире выбывает из технического употребления в результате коррозии, при этом 2/3 прокорродированного  металла регенерируется в результате переплавки металлолома (скрапа), а остальная часть, составляющая около 10% от количества выплавляемого металла, теряется в виде пыли.

С развитием промышленного  потенциала во всех странах темп роста  коррозионных потерь стал превышать темп роста металлического фонда.

Безвозвратные потери от коррозии, значительно ускоряют использование  природных ресурсов, но еще больший  вред от коррозии связан с выходом  из строя металлических конструкций, стоимость которых значительно  превышает стоимость металла. Значительные убытки народному хозяйству наносят  связанные с коррозией аварии машин и сооружений, порча продукции  заводов пищевой и химической промышленности, происходящая вследствие загрязнения, а также простои оборудования, связанные с его ремонтом.