Рабочая учебная программа конспекты лекций материалы для лабораторных работ материалы для самостоятельной работы контрольно-измерительные материалы список литературы
Скачать 1.55 Mb.
|
| Тема 2. Обработка материалов резанием и давлением (1 час.) Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на его полиморфизм, т.е. сдвигают точки А3 и А4. Большинство элементов или повышают точку А4 и снижают точку А3, расширяя тем самым область существования γ - модификации, или понижают А4 и повышают А3, сужая область γ - модификации. Образуются аустенитные, ферритные и переходные стали. Схематично это показано на рис. 34. Легирующие элементы растворяются в феррите (замещение и внедрение). Свойства феррита изменяются. Твердость и прочность, как правило повышаются. Ударная вязкость также растет, однако устойчиво только для никеля (до 5%) и хрома, марганца только при концентрации не более 1.0 - 1.5 %. Легирующие элементы могут растворяться в цементите или самостоятельно соединяться с углеродом. Все легирующие элементы в сталях разделяются на две группы: карбидообразующие (Mn, Cr, Mo, W, Nb, V, Zr, Ti) и не карбидообразующие (Ni, Si, Cu, Co, Al). Карбиды вносят в сталь повышение твердости, износостойкости, сопротивление деформированию. Карбиды в сталях разнообразны по составу и строению и объединены общим названием “карбидная фаза”. Легирующие элементы смещают точки S и Е диаграммы железо - цементит в лево, образуя ледебуритный класс сталей. Тема 3 . Сварка материалов. ( 1 час) (лекция-дискуссия) Темы для дискуссии:
При нагреве стали протекают следующие превращения: Превращения перлита в аустенит, протекающие выше точки А1, выше температуры стабильного равновесия аустенит - перлит; при этих температурах из трех основных структур минимальной свободной энергией обладает аустенит. Feα + Fe3C - Feγ(C) или П - А. Превращение аустенита в перлит, протекающие ниже А1 : Feγ(C) - Feα + Fe3C или А – П Превращение перлита в аустенит в полном соответствии с диаграммой состояния Fe - C может совершиться лишь при очень медленном нагреве. При реальном нагреве превращение запаздывает, превращение происходит лишь при температурах перегрева (несколько более высоких, чем на диаграмме Fe - C). Перенагретый выше критической точки перлит с различной скоростью в зависимости от степени перенагрева превращается в аустенит.  Рис. 35. Превращение перлита в аустенит при постоянной температуре для стали, содержащей 0.86 % С. Расположение кривых показывает, что чем выше температура, тем быстрее (т.е. за меньший отрезок времени) протекает превращение. Луч соответствует нагреву стали с какой-то определенной скоростью V2. Он пересекает линии начала и конца превращения в точках a’’ и b’’. Следовательно, при непрерывном нагреве со скоростью V2 фиксируется превращение, протекающие в интервале температур от точки a’’ до точки b’’. Если нагрев был более медленным, то луч V1 пересекает кривые превращения при более низких температурах (точка a’ и b’) и превращение произойдет тоже при более низких температурах. Кривые конца и начала превращения, асимптотитически приближаясь к горизонтали А1 пересекут ее в бесконечности. Нагрев с бесконечно малой скоростью пересечет горизонталь А1 в бесконечности, что соответствует превращению по диаграмме Fe - Fe3C. Реально существует интервал температур и времени перехода П - А. Окончание превращения соответствует исчезновению перлита и образованию аустенита. Образовавшийся аустенит неоднороден в объеме зерна. В пластинках или зернах перлитного цементита содержание углерода больше, чем в феррите, из-за этого аустенит неоднороден. Рост зерна аустенита. Мелкозернистые и крупнозернистые стали. Первые зерна образуются на границе между ферритом и цементитом – структурными составляющими перлита. В 1 см. кв. площадь граница между ферритом и цементитом составляет несколько м. кв., из-за чего превращение начинается с образования множества зерен и образуется большое число малых зерен аустенита. Размер этих зерен характеризует так называемую величину начального зерна аустенита. Дальнейший нагрев (или выдержка) по окончании превращения вызывает рост аустенитных зерен. Рост зерна - самопроизвольный процесс. Различают два типа сталей: наследственно мелкозернистую и наследственно крупнозернистую; первая характеризуется малой скоростью к росту зерна, вторая повышенной склонностью.  Рис. 36. Схема изменения размера зерна перлита в зависимости от нагрева в аустенитной области. Переход через критическую точку А1 сопровождается резким уменьшением зерна. При дальнейшем нагреве зерно из мелкозернистой стали не растет до 950 - 1000С, после чего устраняются факторы, препятствующие росту, и зерно начинает быстро расти. У крупнозернистой стали рост начинается после перехода через критическую точку. Размеры перлитных зерен тем больше, чем крупнее зерна аустенита. Последующие охлаждение не измельчает размер зерен. Различают три типа зерна стали: начальное зерно, размер зерна аустенита в момент окончания перлито - аустенитного превращения; наследственное зерно (природное) зерно - склонность аустенитных зерен к росту; действительное зерно - размер зерна аустенита в данных конкретных условиях. Сталь раскисленная только ферромарганцем (кипящая сталь) или ферромарганцем и ферросилицием наследственно крупнозернистая сталь, а сталь, дополнительно раскисленная алюминием, - мелкозернистая. Природу мелкозернистости объясняет теория барьеров. Алюминий, введенный в жидкую сталь незадолго до ее разливки по изложницах, образует с растворенными в жидкой стали азотом и кислородом частицы нитридов и оксидов (AlN, Al2O3). Эти соединения растворяются в жидком металле, а после кристаллизации выделяются в виде мельчайших частиц на поверхности зерен, препятствую их росту за счет движения границ. Понятия о превращениях в переохлажденном аустените (перлитное, бейнитное, мартенситное). Метастабильные структуры. Распад аустенита при охлаждении стали сопровождается двумя процессами: снижение температуры (увеличение переохлаждения), с одной стороны, увеличивает разность свободных энергий аустенита и перлита, что ускоряет превращение, а с другой стороны, уменьшает скорость диффузии углерода D, а это замедляет превращение. При высокой скорости охлаждения становится возможным бездиффузионное превращение аустенита в ферритоподобную структуру с содержанием углерода наследуемым из аустенита. Такое превращение получило название мартенсита. Протекает в металлических сплавах с полиморфными превращениями. На рис. 37. показана кристаллическая ячейка мартенсита. Мартенсит это пересыщенный твердый раствор углерода в α- железе. Решетка мартенсита тетрагональная. Увеличение содержания углерода увеличивает тетрагональность, степень искажения решетки и твердость мартенсита. Последний имеет пластинчатое строение, однако при исследовании шлифов они воспринимаются как иглы из-за высокой дисперсности строения. Мартенситное превращение носит сдвиговой характер.  Рис. 37. Ячейка мартенсита. Рис. 38. Кинетическая кривая превращения перлита в аустенит. Рис. 39. Кинетические кривые превращения аустенита в перлит при различных температурах. Процесс образования перлита - это процесс зарождения центров перлита и роста перлитных кристаллов. Для этого нужны надлежащие физические условия: Процесс происходит во времени и может быть изображен в виде так называемой кинетической кривой превращения, показывающей количество образовавшегося перлита за время превращения. Рис. 38. Точка а на кривой показывает момент, когда обнаруживается начало превращения, а точка b - завершение превращения. На положение кривых оказывает влияние степени переохлаждения. Рис. 39. При высокой температуре t1 (малая степень переохлаждения) превращение развивается медленно и продолжительность инкубационного периода и время превращения сокращаются. Максимум скорости превращения соответствует температуре t4, дальнейшие снижение температуры приведет уже к уменьшению скорости превращения. Кинетические кривые превращения аустенита в перлит полученные для разных температур используются для построения диаграмм изотермического превращения аустенита. Диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустента. Если точки a и b кинетических кривых превращения А - П расположить по вертикали по мере снижения температуры, то получим диаграмму изотермического превращения переохлажденного аустенита. Рис. 40.  Рис. 40. Диаграмма изотермического превращения аустенита. На рис. 40. показано время превращения аустенита в перлит в зависимости от степени переохлаждения, т.е. превращение переохлажденного аустенита при постоянной температуре. Поэтому такие диаграммы называют диаграммами изотермического превращения аустенита. Кривые на диаграмме имеют вид буквы С, поэтому называются С-образными. При высоких температурах (при малой степени переохлаждения) получается грубая смесь феррита и цементита - перлит. При увеличении степени переохлаждения дисперсность структур возрастает. Более тонкого строения перлит получил название сорбит. При температуре, приблизительно совпадающей с С-образной кривой, дисперсность продуктов возрастает на столько, что их нельзя дифференцировать под микроскопом, но пластинчатое строение выявляется электронными средствами. Такая структура называется троостит. Образующаяся ниже изгиба С-образной кривой и до начала мартенситного превращения игольчатая структура получила название бейнита. По имени ученого Э. Бейна. Особенностью бейнитного превращения является то, что оно протекает в интервале температур, когда возможна только диффузия углерода. (От Т=200 до Т= 450 С). Бейнитное превращение еще называют промежуточным. Вначале аустенит обедняется из-за выделения карбида углерода и при достижении необходимого обеднения происходит мартенситная реакция. Чем выше температура изотермической выдержки, тем больше обеднение аустенита, тем менее углеродистый аустенит переходит в мартенсит, теряя типичные черты мартенсита. Минимальная скорость охлаждения, необходимая, для переохлаждения аустенита до мартенситного превращения, называется критической скоростью закалки. Точка Mn - начало, а точка Mk - конец мартенситного превращения. На положение Mn и Mk влияет содержание углерода. Рис. 41. Для сталей, у которых температура мартенситного превращения, ниже 0 С, проводят обработку холодом. Легирующие элементы повышают устойчивость карбидов при нагревании, замедляют диффузию u1091 углерода, сами они диффундируют также медленно. Все это приводит к задержке образования аустенита при нагреве стали. Это объясняет повышение температуры закалки и отжига у легированных сталей. Все элементы, кроме Mn, уменьшают склонность к росту зерна аустенита. При охлаждении легирующие элементы в большинстве случаев уменьшают скорость распада аустенита, С - образные диаграммы смещаются вправо и могут изменять свою форму. Выплавка стали Кислородно–конвертерный процесс Сущность кислородно–конвертерного процесса заключается в том, что налитый в плавильный агрегат (конвертор) расплавленный чугун продувают струей кислорода воздуха. Углерод, кремний и другие примеси окисляются и тем самым чугун переделывается в сталь. Этот процесс осуществляется в конверторе. Его грушевидный корпус (кожух) сварен из листовой стали, внутри он футерован основным огнеупорным материалом ( у кожуха магнезит или хромомагнезит, внутренний- рабочий слой – доломитосмоляная масса или кирпич). Конвертор устанавливают на опорных станинах при помощи цапф, и он может поворачиваться вокруг оси, что необходимо для заливки чугуна и других технологических операций. Вместимость современных конвертеров достигает 250 - 400 т. Перед старыми способами получения стали бессемеровский способ имел два неоспоримых преимущества - очень высокую производительность, отсутствие потребности в топливе. Недостатком бессемеровского процесса является ограниченная гамма чугунов, которые могут перерабатываться этим способом, так как при динасовой футеровке не удается удалить из металла такие примеси, как серу и фосфор, в том случае, если они содержатся в чугуне. Кислород вдувают в конвертер вертикальной трубчатой водоохлаждаемой фурмой, опускаемой в горловину конвертера, но не доходящей до уровня металла на 1200—2000 мм. Таким образом, кислород не продувается через слой металла (как воздух в старых конвертерных процессах), а подается на поверхность залитого в конвертер металла. Это дает возможность перерабатывать чугуны с различным содержанием примесей, а также не только вводить в конвертер жидкий металл, но и добавлять к нему для охлаждения скрап или железную руду (количество скрапа на некоторых заводах доводят до 30 % МАССЫ металла). Особенности технологии мартеновской плавки Технология плавки стали в мартеновских печах имеет ряд особенностей: 1. Окислительный характер газовой фазы печи. Через рабочее пространство мартеновской печи над ванной проходит огромное количество газа. Если учесть, например, что на 1 т стали в 500-т мартеновской печи расходуется ~ 4200 МДж, то при отоплении печи смесью коксового и доменного газов с теплотой сгорания 8,4 МДж/м33 потребуется на плавку газа 4200/8,4 = 250000 м33. На 1 м33 газа при а = 1,15*1,20 расходуется ~ 2 м3 воздуха и образуется ~ 3 м3 продуктов сгорания. Следовательно, за мартеновскую плавку через рабочее пространство печи пройдет 250000 • 3 = 750000 м3 продуктов сгорания. Продолжительность плавки в 500-т печи составляет 7—10 ч, т.е. из рабочего пространства печи вылетает за 1ч 75000—100000 м3 продуктов сгорания (расчет ведут на объем газов в холодном состоянии). Если учесть расширение газов при нагреве (до 1700 °С примерно в семь раз), то можно представить, с какой скоростью печные газы проносятся над ванной. Газы имеют в своем составе углеродсодержащие и водородсодержащие соединения (СО, различные углеводороды, сажистые частички углерода, некоторое количество СO2, а также и O2, так как воздух для горения подают с избытком). При горении углерод и водородсодержащих соединений образуются СО2 и Н2О. Следовательно, продукты сгорания любого топлива содержат кислород, окислительные газы СО2 и Н2О и некоторое количество азота N2. Таким образом, характер атмосферы печи во все периоды мартеновской плавки окислительный, и парциальное давление кислорода в атмосфере почти всегда велико. За плавку ванна поглощает 1—3 % кислорода от массы металла. Этот кислород расходуется в основном на окисление примесей, часть его расходуется на окисление железа. 2. Тепло к ванне поступает сверху, поэтому температура шлака выше, чем металла, и по глубине ванны имеет место различие температур металла. Толщина шлака в мартеновских печах колеблется в пределах от 50 до 500 мм, глубина ванны металла — от 500 до 1500 мм (в зависимости от вместимости конструкции печи). Выравниванию температуры по глубине ванны способствуют пузыри СО, выделяющиеся в результате окисления углерода, и, как следствие, кипение ванны. При отсутствии кипения мог бы происходить перегрев верхних слоев ванны и недостаточный нагрев нижних. Однако, несмотря на кипение ванны, некоторый перепад температур по глубине ванны сохраняется, особенно между шлаком и металлом. В начале кипения этот перепад составляет 70—100 °С, а в конце 20—50 °С. По длине печи температура металла также неодинакова. Под факелом температура металла несколько выше, чем у отводящей головки. 3. Участие пода печи в протекающих процессах. В отличие от плавки в конвертерах, которая продолжается всего 15—30 мин, плавка в мартеновской печи продолжается несколько часов, поэтому влияние взаимодействия металла с подиной оказывается очень ощутимым. Подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже. 4. Четвертая особенность технологии мартеновской плавки заключается в том, что жидкий металл все время находится под слоем шлака (шлак примерно вдвое легче металла). Практически все вводимые в печь добавки попадают на шлак или проходят в сталь через шлак. Кислород из атмосферы печи в металл переходит также через шлак. Если учесть, что тепло от факела к металлу также передается через шлак, то становится понятной огромная роль шлака в мартеновском процессе. По существу руководство ходом плавки заключается в том, что меняют состав, температуру и консистенцию шлака и таким образом добиваются получения металла нужного состава и качества. Электросталеплавильное производство Получение стали в электрических печах металлургических или машиностроительных заводов. Электросталь, предназначенная для дальнейшего передела, выплавляется главным образом в дуговых печах с основной футеровкой. Существует несколько разновидностей электроплавки в дуговых печах; с полным окислением примесей; переплав легированных отходов без окисления н с применением газообразного кислорода; метод смешения; плавка на жидком полупродукте и др. Технология плавки с полным окислением примесей включает 3 периода — расплавление, окислительный и восстановительный. В окислительный период плавки присадкой твёрдых окислителей (железные руды, агломерата и др.) или вдуванием газообразного кислорода окисляют примеси стальной ванны (Р, Si и др.). Активное кипение металла, вызванное выделением пузырьков окиси углерода в результате реакции обезуглероживания, способствует быстрому нагреву ванны, дегазации стали, удалению неметаллических включений. В восстановительный период плавки удаляют серу, сталь раскисляют и с помощью ферросплавов корректируют её состав по легирующим элементам. Переплав легированных отходов без окисления позволяет сохранить ценные легкоокисляющиеся легирующие элементы (Cr и др.), что существенно улучшает технологические показатели производства. При переплаве высокохромистых отходов с применением газообразного кислорода горячий ход процесса (1800—1900 °С) обеспечивает низкое содержание углерода в металле (чего нельзя достичь при переплаве без окисления) без заметных потерь хрома. Широкое распространение получили внепечные методы обезуглероживания высоколегированных сталей (коррозионностойких и др.) продувкой металла аргоно-азото-парокислородными смесями в специальных рафинировочных агрегатах конвертерного типа или окислительным вакуумированием. Пути интенсификации электроплавки: сокращение периода расплавления (увеличением удельной мощности трансформаторов, использованием газокислородных горелок, предварит, подогревом шихты), применение кислорода, продувка жидкого металла порошкообразными шлакообразующими материалами, переход на одношлаковый процесс, сокращение восстановительного периода путём применения средств внепечного рафинирования (вакуумная обработка, продувка металла аргоном, обработка стали синтетическими шлаками). Дуговые печи с кислой футеровкой применяются главным образом для получения стали, предназначенной для фасонного литья. Большое сопротивление кислых шлаков (насыщенных SiО2) позволяет быстрее нагреть металл до высокой температуры, что важно для литья тонкостенных изделий. Существенный недостаток кислой плавки — невозможность удаления фосфора и серы из стали. Модуль 2. Современные конструкционные композиционные материалы и наноматериалы. (4 час.) Раздел I. Композиционные дисперсноупрочненные материалы на основе порошков. (1 час.) |
Похожие:
 | Рабочая учебная программа дисциплины Конспекты лекций Материалы для... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |  | Рабочая программа учебной дисциплины (рпуд) 5 конспекты лекций 33... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
| Рабочая программа учебной дисциплины 5 Конспекты лекций 12 Материалы... Специальность —240802. 65 Основные процессы химических производств и химическая кибернетика | | Рабочая программа учебной дисциплины (рпуд) 6 конспект лекций 20... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
| Рабочая программа учебной дисциплины 5 Конспект лекций 21 Материалы... Министерством образования Российской Федерации 27 марта 2000 г. Номер государственной регистрации 260 гум/сп. Специальность 021100... | | Конспект лекций 12 материалы практических занятий 18 материалы для... В соответствии с назначением учебной дисциплины, ее основной целью является изучение теории и практики этики деловых отношений, позволяющие... |
| Рабочая программа учебной дисциплины Конспекты лекций Материалы для... Целью данного курса является изучение студентами современной внешней политики Российской Федерации в контексте нового миропорядка,... | | Учебно-методического комплекса дисциплины рабочая программа учебной... Материалы для организации самостоятельной работы студентов |
| Учебной дисциплины 3 менеджмент 3 конспекты лекций 25 материалы практических... Рабочая программа составлена на основании типовой программы гос впо и авторских разработок | | Учебной дисциплины 3 гражданское право 3 конспекты лекций 11 материалы... Рабочая программа составлена на основании типовой программы гос впо и авторских разработок |
| «Служебные части речи» Контрольно-измерительные материалы. Русский язык: 7 класс / Сост. Н. В. Егорова. — М.: Вако, 2019. — 96 с. — (Контрольно-измерительные... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Контрольно-измерительные материалы. Русский язык: 9 класс / Сост. Н. В. Егорова. — М.: Вако, 2010. — 96 с. — (Контрольно-измерительные... |
| Рабочая программа учебной дисциплины Контрольно-измерительные материалы... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Пояснительная записка Контрольно-измерительные материалы по дисциплине «Информатика» Контрольно-измерительные материалы по дисциплине «Информатика» составлены в соответствии с требованиями Государственного образовательного... |
| Рабочая программа учебной дисциплины Материалы для организации самостоятельной... Содержание дисциплины «Физическая культура» предусматривает изучение техники различных видов спорта, а именно – спортивных игр (волейбол,... | | Учебно-методический комплекс включает в себя учебную рабочую программу... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
