МАРТЕНОВСКИЙ ПРОЦЕСС, метод производства СТАЛИ в ПЕЧИ, разогреваемой верхним пламенем. Пламяисходит от газовых или нефтяных горелок, а для повышения температуры в печь может вдуваться кислород.Передельный чугун, стальной лом и известняк расплавляют вместе. Различные примеси образуют ШЛАК,который убирается с поверхности расплавленного металла. Большая часть углерода, присутствующего вжелезе, образует окись углерода, газ, который легко удаляется. Затем в полученный металл добавляютразличные присадки и получают нужный вид стали. Использование мартеновского процесса в производствеидет на убыль, т.к. сейчас доступны более быстрые и дешевые процессы, главным образом, КИСЛОРОДНОЕДУТЬЕ.
Производство стали в электрических печах имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами выплавки стали. В электропечах можно быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу или вакуум. В этих печах можно выплавлять стали и сплавы любого состава, более полно раскислять металл. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных и специальных сталей ответственного назначения. Для плавки стали используются электроплавильные печи двух типов – дуговые и индукционные.
Особенности производства цветных металлов: меди, алюминия, титана, магния.
1.Исходным материалом для производства меди служат руды, содержание меди в которых обычно составляет 1…6%. Переработка медных руд может осуществляться пирометаллургическим или гидрометаллургическим способами. Переработка медных руд является многоступенчатым процессом и складывается из следующих этапов: обогащение, обжиг, плавка на штейн, получение черновой меди, рафинирование меди.
2.Основным способом производства алюминия в настоящее время является электролитический. Электролиз- это совокупность процессов электрохимического окисления-восстановления , происходящих на погруженных в электролит электродах при прохождении электрического тока.
Производство алюминия включает получение безводного, свободного от примесей оксда алюминия (глинозема);получение криолита из плавикового шпата; электролиз глинозема в расплавленном криолите.
Основное сырье для производства алюминия- алюминиевые руды: бокситы,нефелины,алуниты,каолины.
3.Титан довольно широко распространен в земной коре. В природе он встречается в составе более семидесяти минералов, из которых наибольшее промышленное значение получили ильменит-FeO* TiO2 и рутил - TiO2.Известно несколько способов получения титана из его руд, но во всех случаях, как и для большинства металлов, металлургической обработке всегда предшествует обогащение руды и получение концентрата. Основным методом переработки титановых руд является магнийтермический способ, сущность которого заключается в получении четыреххлористого титана и восстановлении из него металлического титана с помощью магния.
Сырьем для получения титана являются титаномагнетитовые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат.
4.Для производства магния наибольшее распространение получил электролитический способ. Производство магния включает получение чистых безводных солей магния (хлористого магния) , электролиз этих солей в расплавленном состоянии и рафинировании металлического магния.
Основным сырьем для получения магния являются карналлит, магнезит, доломит, бишофит. Наибольшее количество магния получают из карналлита.
Обработка металла давлением
Сущность процесса пластического деформирования металлов.
Обработка металлов давлением (ОМД) – технологический процесс формоизменения металлического тела (заготовки) за счет пластической деформации под воздействием на тело внешних сил.Все технологические процессы ОМД, принято делить на процессы, завершающие металлургический цикл (прокатка, прессование, волочение) и процессы производства заготовок деталей и готовых деталей, применяемые в машиностроении (ковка, горячая штамповка, холодная и полугорячая объёмная штамповка, штамповка с локальным нагружением, листовая штамповка, а также накатка и другие специализированные процессы).
Способы получения машиностроительных полуфабрикатов: прокатка, волочение, прессование.
Прокатка - процесс пластической деформации заготовки между вращающимися валками с целью получения заданных форм, размеров и физико-механических свойств.Прокатку принято делить на продольную и специальную. Специальные виды прокатки: поперечная, поперечно-винтовая, поперечно-клиновая, а также профилирование плоского проката (листов и лент).
Инструмент для прокатки-вал.
Прессование - выдавливание металла из замкнутой полости через отверстие винструменте. Применяют ряд методов прессования. Основные методы: прямой и обратный.
Исходной заготовкой при прессовании является слиток или прокат. При прессовании метал подвергается всестороннему неравномерному сжатию и поэтому имеет весьма высокую пластичность.
К недостаткам прессования следует отнести большие отходы металла:весь металл не может быть выдавлен из контейнера , и в нем остается так называемый пресс- остаток, который после окончания прессования отрезается от полученного профиля.
Основным оборудование для прессования являются вертикальные и горизонтальные гидравлические прессы.
Волочение - процесс протягивания обрабатываемой заготовки через постепенно суживающееся отверстие инструмента (волоки). При волочении площадь поперечного сечения уменьшается, приобретая постоянное сечение по всей длине.
Исходными заготовками для волочения служат прокатные или прессованные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов.
Объемная штамповка - метод обработки, основанный на применении специального инструмента - штампа. Штамп состоит из двух или нескольких частей, которые в сомкнутом состоянии образуют одну или несколько полостей. При сближении частей штампа происходит принудительное перераспределение металла заготовки, в результате чего полость штампа заполняется, получаются заданные формы и размеры поковки. Основные виды объемной штамповки: горячая - в условиях близких к горячей деформации, холодная - в условиях холодной деформации, теплая- в условиях неполной холодной деформации, полугорячая – в условиях неполной горячей деформации.
Горячая штамповка, по сравнению с ковкой, имеет ряд преимуществ: значительно более высокая производительность; стабильность формы и размеров, более высокая точность размеров; возможность получения поковок более сложной формы. Конструктивные припуски меньше и иногда они могут отсутствовать (значимость этих преимуществ уменьшается по мере расширения технологических возможностей автоматизированных комплексов). Однако для штамповки требуются штампы, имеющие высокую стоимость и ограниченную стойкость.
Горячая штамповка имеет существенное преимущества, по сравнению с обработкой резанием: значительно более высокие механические свойства, в том числе сопротивление усталости и вибропрочность, и их стабильность; увеличение коэффициента использования материала при оптимизации технологии и конструкций штампов.
Исходные материалы для штамповки - стальной прокат в виде прутков.
Технологический процесс горячей штамповки включает: разделку исходных материалов на заготовки, нагрев заготовок, штамповку, первичную термообработку поковок и отделку поковок.
Для штамповки применяют кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП), горизонтально-ковочные машины (ГКМ), гидравлические прессы, современные машины динамического действия, гибочные машины, крутильные машины и др.
Холодная объемная штамповка (ХОШ) - это способ получения в штампах заготовок и деталей из сортового проката и прессованных прутков, основанный на процессе холодной деформации.Основные операции ХОШ: высадка открытая и закрытая, выдавливание и вдавливание.
Исходной заготовкой служит обычно калиброванный сортовой прокат или прессованный материал в виде прутков и проволоки.
ХОШ - один из наиболее прогрессивных методов производства ступенчатых и полых заготовок и деталей из цветных металлов и сплавов, углеродистых и легированных сталей.
ХОШ, в том числе холодное выдавливание и высадка, широко применяются при производстве деталей диаметром до 50…100 мм и массой до 6…10 кг.
ХОШ имеет следующие преимущества: Деформационное упрочнение, отсутствие надрезов волокна, образующихся при обработке резанием, 309направленность волокна вдоль конфигурации детали, улучшение микрогеометрии поверхности.
Основные ограничения процесса на данном уровне развития науки и техники: Низкая стойкость инструмента при штамповке заготовок из сталей и сплавов повышенной прочности. Ограниченность размеров и сложности формы детали. Необходимость применения специальных режимов разупрочняющей термической обработки и нанесения покрытий носителями смазочных материалов, что удлиняет и усложняет цикл производства. Повышенные требования к качеству проката, к инструментальным сталям и штамповочному оборудованию. Значимость этих ограничений с развитием науки и техники уменьшается.
Листовой штамповкой называют способ получения плоских и пространственных деталей, при котором листовой материал пластически деформируется в холодном состоянии при помощи штампов. Исходным материалом для листовой штамповки служит металлопрокат в виде полос, листов, рулонов, лент, труб, а также листовые неметаллические материалы.
Наиболее распространенными материалами для листовой штамповки являются углеродистые и легированные стали, широко используются также такие листовые материалы, как алюминий, медь, никель, титан и их сплавы. Из неметаллических материалов методами листовой штамповки обрабатывают бумагу, картон, резину, натуральную и искусственную кожу, войлок, слоистый и неслоистый пластики, различные синтетические материалы.
При обработке металла давлением изменяется не только форма заготовки, но и происходит сложный физический процесс, влияющий на структуру металла, а следовательно, на его механические и физические свойства. Пластическая деформация металла происходит за счет внутрикристаллитных (внутризеренных) и межкристаллитных (межзеренных) сдвигов. Чем больше образуется сдвигов, т. е. чем больше пластическая деформация, тем больше упрочнение (наклеп) и тем большее усилие потребуется для дальнейшего деформирования металла. Пластическая деформация зависит от природы металла, температуры, скорости и степени деформации, поэтому различают горячую, неполную горячую и холодную обработку давлением.
при температурах ниже нижнего предела горячей обработки давлением (ГОД) происходит наклёп металла, в результате которого в изделиях могут образовываться трещины. Оптимальный температурный интервал ГОД углеродистых сталей определяется по диаграмме состояния Fe-C (рис. 3.3). Для легированных сталей этот температурный интервал сужен и предельные температуры несколько ниже. Для меди температура начала и конца ГОД составляет 900-7000С, латуней – 760-6000С, бронз – 900-7500С, алюминиевых сплавов – 470-4200С.
Термический режим нагрева стали перед обработкой давлением должен обеспечивать требуемую температуру, равномерность прогрева, сохранность целостности заготовки, минимальное обезуглероживание и окисление заготовки. Температура рабочего пространства печи (tп) должна быть больше температуры нагрева заготовки (tз). Разница между ними называется температурным напором (tн). При обычном нагреве tн = 100-1500С, при скоростном - tн = 200-3000С. Продолжительность нагрева, обеспечивающая равномерность нагрева по сечению заготовки с поперечным размером более 100 мм может быть определена ориентировочно по формуле:
T = к Д ,
где Т – время нагрева, ч;
Д – поперечный размер заготовки, м;
к – коэффициент, равный для углеродистых сталей - 10, для высоголегированных – 20.
Нагрев металла перед обработкой давлением производиться в нагревательных печах и электронагревательных устройствах. В печах передача теплоты металлу производится конвекцией или излучением. В электронагревательных устройствах теплота выделяется в самой заготовке.
Печи подразделяют на пламенные и электрические. По характеру распределения температур в рабочем пространстве печи делятся на две группы: камерные, в которых температура во всём рабочем пространстве одинаковая и методические, у которых температура повышается в направлении выдачи заготовок.
Камерные печи широко применяются в мелкосерийном производстве и для нагрева крупных слитков (массой до 300 т). По конструкции камерные печи могут быть с выдвижным подом, со съёмным сводом и муфельные. Разновидностями камерных печей являются колодцевые, щелевые и очковые печи.
Методические печи имеют 2-3 зоны с различной температурой, обеспечивают непрерывность выдачи нагретых заготовок. Методические печи применяют в крупносерийном штамповочном и прокатном производствах. По конструкции они бывают толкательными, конвейерными, с вращающимся подом и др.
Для нагрева широко применяют электропечи сопротивления. Эти печи могут быть камерными и методическими. Большим преимуществом электропечей является возможность точного регулирования температуры. Ввиду недостаточной стойкости нагревательных элементов при высоких температурах их используют для нагрева под обработку давлением цветных сплавов.
Электронагревательные устройства для ОМД подразделяются на индукционные и электроконтактные. В индукционном устройстве заготовку помещают во внутрь соленоида (индуктора), через который пропускают переменный ток. При этом в заготовке возникают вихревые токи Фуко, за счёт которых происходит нагрев. Для заготовок диаметров до 15 мм применяют ток частотой 500-800 Гц; для заготовок диаметром более 1500 мм – 50 Гц.
Преимуществами индукционного нагрева являются высокая скорость нагрева, отсутствие окалины, возможность автоматизации технологических операций, улучшение условий труда.
Широкое распространение листовой штамповки объясняется рядом достоинств этого вида металлообработки. К ним относятся: высокая точность и чистота поверхности деталей, как правило, не требующих дальнейшей механической обработки; высокая прочность деталей при незначительной их массе; высокая производительность процесса; возможность полной автоматизации процесса; существенная экономия металла; низкая себестоимость изготовляемых деталей.
Специализированные процессы обработка давлением: ротационная ковка, изотермическая штамповка, раскатка кольцевых заготовок, листовая штамповка с применением эластичной среды.
Влияние технологии обработка давлением на свойства материалов.
Выбор способа получения штамповок.
Специализированные процессы обработка давлением:
Ротационная ковка — ковка, выполняющаяся по квазисхеме всестороннего сжатия. Применяется для обработки вольфрама и молибдена, поскольку их в чистом виде получают пористыми, не пригодными к использованию. Данный вид обработки подходит и для других видов твердых металлов.
Изотермическая штамповка-штамповка при одинаковой темп-ре штампов и заготовки, неизменной в течение всего процесса.
Раскатка кольцевых заготовок
Одним из видов обработки на машинах валкового типа является получение поковок кольцевой формы на раскаточных машинах. Этот процесс распространен в массовом производстве стальных поковок указанной формы и в производстве поковок из цветных сплавов.
листовая штамповка с применением эластичной среды.
Штамповка эластичными средами имеет ряд преимуществ, так как в её структуре предусматривается использование универсальной технологической оснастки. Именно значительное конструктивное упрощение, снижение металлоёмкости и стоимости технологической оснастки является основным достоинством этого метода штамповки.
Штамповка эластичными средами характеризуется:
исключительно высокой производительностью;
сжатыми сроками подготовки производства;
рациональным использованием основных материалов;
достижением наилучших механических свойств изготовляемых деталей;
неограниченными возможностями в части механизации и автоматизации производства;
минимальными затратами на штамповый инструмент.