Главная


Технология металлов и сварка




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 17 ... 51 ... 85 ... 119 ... 153 ... 187 ... 221 ... 255 ... 289 ... 323 ... 357 ... 391 ... 425 ... 459 ... 465
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67


скачать книгу Технология металлов и сварка




регенераторов 16 будет нагрета до 1200—1300° С теплом отходящих продуктов горения. После перекидки клапанов продукты горения пойдут через насадку регенераторов б и 7.
...
Большинство мартеновских печей работает на смеси природного газа и мазута. Однако имеются еще небольшие мартеновские печи, работающие на мазуте.
...
Шихтовые материалы (скрап, чугун, флюсы) загружают в печь через завалочные окна 17. Разогрев шихты, сплавление и нагрев ме­талла и шлака происходят при контакте плавящихся материалов с факелом горящих газов. Готовую сталь выпускают через отверстие, расположенное в самой низкой части подины печи. На время плавки это отверстие забивают огнеупорной глиной.
...
Современные мартеновские печи имеют различную емкость и могут принимать единовременную садку металла более 500 т. Более распро­страненными являются печи емкостью 150—300 т.
...
Процесс плавки в мартеновских печах может быть кислым или ос­новным. В первом случае подину, стенки и свод печи выполняют из динасового кирпича. Верхние слои подины при ремонте наваривают кварцевым песком. В процессе плавки образуется кислый шлак с большим содержанием кремнезема (50—55% Si02). При основном про­цессе подину и стенки печи выкладывают из магнезитового кирпича; свод — хромомагнезитовый. Верхние слои подины наваривают маг­незитовым или доломитовым порошком. В процессе плавки образуется основной шлак (40—50% СаО).
...
В зависимости от исходных материалов также возможны разные процессы плавки в мартеновских печах. На некоторых заводах (обычно машиностроительных) плавку ведут на твердой шихте (чушковый чу­гун, металлический лом и небольшое количество железной руды). Такую плавку называют скрап-процессом.
...
На заводах с полным металлургическим циклом в мартеновскую печь подают жидкий чугун (60%), металлические отходы (40%),желез­ную руду и флюсы. Эту плавку называют скрап-рудным процессом.
...
При выплавке стали в мартеновских печах различают следующие периоды: загрузки и плавления шихты, кипения металлической ванны и доводки и раскисления металла.
...
Основной мартеновский процесс. Рассмотрим особенности выпла­вки стали в мартеновской печи на твердой шихте (скрап-процесс).
...
Перед началом плавки определяют количество и вид шихтовых ма­териалов (чушковый чугун, стальной скрап, известняк, железная ру­да), а также последовательность их загрузки в печь. Шихту составля­ют с таким расчетом, чтобы содержание углерода после расплавления металла было на 0,6—0,8% больше заданного в готовой стали при выпуске ее из печи.
...
Шихту загружают в печь в мульдах (специальных коробках) при помощи напольной или подвесной завалочной машины. В рабочем пространстве печи мульду переворачивают на 180°, высыпая шихту на подину.
...
В период загрузки и плавления шихты в печи частично окисляются железо и фосфор, почти полностью кремний и марганец, а также обра-
...
зуется первичный шлак. Эти элементы окисляются сначала кислоро­дом, содержащимся в печных газах и руде, а после образования пер­вичного шлака закисью железа, растворенной в этом шлаке. Обычно в первичном шлаке, покрывающем тонким слоем расплавленный металл, содержится 10— 15%FeO, 35—40% СаО, 10—15% МпО.
...
После образования шлака жидкий металл не контактирует с газа­ми. Его примеси окисляются под слоем шлака закисью железа, которая растворяется как в шлаке, так и в металле. При увеличении кон­центрации закиси железа в шлаке одновременно возрастает концент­рация ее в металле. Для поддержания в шлаке определенной концент­рации закиси железа в печь добавляют руду, что сопровождается реак­цией
...
К концу расплавления шихты значительная часть фосфора перехо­дит в шлак, так как последний содержит достаточное количество заки­си железа и извести. Это обеспечивает развитие реакции (20).
...
Во избежание обратного перехода фосфора в металл перед началом второго периода плавки около 40—-50% первичного шлака из печи скачивают, добавляя одновременно известь для образования нового более основного шлака. Тепловую нагрузку печи при этом увеличива­ют для быстрого растворения извести в оставшемся первичном шлаке и повышения температуры металлической ванны. Через 15—20 мин после образования основного шлака в печь загружают некоторое ко­личество железной руды. Это увеличивает содержание окислов же­леза в шлаке и вызывает реакцию (19) окисления углерода в металли­ческой ванне. Образующаяся окись углерода выделяется из металла в виде пузырьков, вызывая его кипение.
...
В первую половину периода кипения в печь обычно добавляют же­лезную руду. Кипение ванны способствует перемешиванию металла, отделению от него неметаллических частиц и растворенных газов, а также равномерному распределению температуры по глубине ваниы.
...
Общая продолжительность периода окисления углерода зависит от садки мартеновской печи и марки выплавляемой стали и колеблется в пределах 1,75—2,5 ч и более. Скорость выгорания углерода равна 0,4—0,65% в час.
...
Во вторую половину периода кипения, называемую чистым кипе­нием, железную руду в ванну не загружают. Металл кипит мелкими пузырьками благодаря накопленным в шлаке окислам железа. Ско­рость выгорания углерода равна 0,2—0,4% в час. В период кипения ванны наблюдают за шлаком, особенно за его основностью и жидкоте-кучестью.
...
Когда содержание углерода в пробах металла получается несколь­ко меньше, чем требуется для готовой стали, кипение ванны искусст­венно прекращают, начиная период доводки и раскисления металла. Для этого вводят определенное количество кускового ферромарганца, содержащего 12% Мп, а через 10—40 мин — ферросилиция с 12—16%
...
зуется первичный шлак. Эти элементы окисляются сначала кислоро­дом, содержащимся в печных газах и руде, а после образования пер­вичного шлака закисью железа, растворенной в этом шлаке. Обычно в первичном шлаке, покрывающем тонким слоем расплавленный металл, содержится 10— 15%FeO, 35—40% СаО, 10—15% МпО.
...
После образования шлака жидкий металл не контактирует с газа­ми. Его примеси окисляются под слоем шлака закисью железа, которая растворяется как в шлаке, так и в металле. При увеличении кон­центрации закиси железа в шлаке одновременно возрастает концент­рация ее в металле. Для поддержания в шлаке определенной концент­рации закиси железа в печь добавляют руду, что сопровождается реак­цией
...
Перед выпуском легированную сталь некоторое время выдерживают в печи под слоем шлака для более равномерного распределения эле­ментов по объему металла и
...
доли окислов железа в шлаке) и хорошо обожженную известь (для разжижения шлака). Первичный шлак, как правило, не удаляют, так как он не содержит фосфора.
...
Поведение кремния и кремнезема в кислой печи имеет некоторые особенности. Кремний во время расплавления шихты окисляется кис­лородом, содержащимся в печных газах:
...
а после расплавления шихты — закисью железа шлака по реакции (15). Эта реакция обратима: при умеренных температурах она идет направо, а при высоких — может идти в обратном направлении. Последнее наблюдается в конце плавки, когда температура металла и шлака существенно повышается.
...
Б этих реакциях может участвовать кремнезем шлака и подины. Восстановленный кремний оказывает раскисляющее действие на сталь и обеспечивает получение очень плотного металла.
...
Технико-экономические показатели работы мартеновских печей. Основные показатели — удельный расход топлива на 1 т выплавляе­мой стали и съем стали в тоннах с 1 мг пода печи в сутки.
...
зависит от многих факторов; состава ших­ты, тепловой мощности печи и др. Необходимое количество тепла для выплавки стали составляет 700—1400 ккал/кг (3—6 МДж/кг). В мар­теновских печах необходимо сжигать условного топлива в количестве 10—20% массы выплавляемой стали.
...
одной ванны другой. Когда в одной ванне готовую сталь выпускают, в соседней только начинается процесс плавки. В одной ваппе емкостью 250—300 т плавка идет всего два часа; каждые четыре часа получают 500—600 т стали. В то же время в мартеновских печах емкостью 600 т плавка
...
Двухванкь-й плавильный агрегат выплавляет в год 1—1,2 млн. т стали. В настоящее время работает девять двухванных агрегатов (на Магнитогорском металлургическом комбинате — пять, на Черепо­вецком — два, на
...
В настоящее время свыше 90% мартеновской стали в СССР произ­водится в печах с автоматическим управлением их тепловым режимом. В результате автоматизации достигаются экономия топлива (около 5%), повышение производительности (в среднем на 8 %) и увеличение стойкости свода нечи (примерно на 9%).
...
Производство стали в электропечах имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами выплавки стали. Так, в электропечах можно получать температуру до 2000е С и расплавлять металл с высо­кой концентрацией тугоплавких компонентов (хрома, вольфрама, молибдена и др.); иметь высокоосновной шлак (до 55—60% СаО); создавать восстановительную атмосферу или вакуум (индукционные печи) и добиваться хорошего раскисления и дегазации металла.
...
Для выплавки стали применяют электропечи двух типов — дуго­вые и индукционные. Дуговые печи особенно широко применяют в металлургической промышленности.
...
Устройство дуговой электропечи. В этой печи (рис. 9) шихто­вые материалы нагреваются и расплавляются теплом, излучаемым тремя электрическими дугами* (по числу фаз неременного электричес­кого тока).
...
Печь состоит из цилиндрического сварного или клепаного кожухэ 9со сфероидальным днищем; подины с огнеупорной футеровкой и сте­нок 8; съемного арочного сюда 6 с отверстиями для электродов 5; механизма 4 для закрепления и вертикального перемещения электро­дов; двух опорных сегментов 10 для поддержки и перемещения печи по направляющим фундамента //; механизма 3 для наклона печи при вы­пуске стали по желобу 7. Электрический ток поступает от понижаю­щего трансформатора 1, находящегося в отдельном помещении. Для подвода тока к электродам использованы медные шины и гибкий ка­бель 2.
...
Свод печи обычно выполняют из динасовых кирпичей, иногда из хромомагнезитовых блоков. Подина печи может быть кислой или ос­новной.
...
В печах применяют угольные и графитированные электроды. По­следние оказывают меньшее сопротивление току и более устойчивы при высоких температурах, но дороже угольных.
...
Во время плавки электроды сгорают, поэтому их приходится посте­пенно опускать в печь и в случае надобности наращивать (свинчивать с новыми электродами). Каждый из электродов зажат в контактных щеках металлического электрододержателя, к которому подводится электрический ток от вторичной обмотки печного трансформатора. Первичная обмотка трансформатора питается током высокого напряже­ния (6000—30 000 В), который преобразуется в ток низкого напряжения (90—280 В) в зависимости от выбранной ступени напряжения. Мощ­ность печного трансформатора зависит от емкости печи и способа плав­ки. Расход электроэнергии в дуговых электропечах при работе на твердой шихте составляет 2160—3420 МДж (600—950 кВт-ч) на I т готовой стали.
...
Свод печи обычно выполняют из динасовых кирпичей, иногда из хромомагнезитовых блоков. Подина печи может быть кислой или ос­новной.
...
В печах применяют угольные и графитированные электроды. По­следние оказывают меньшее сопротивление току и более устойчивы при высоких температурах, но дороже угольных.
...
Во время плавки электроды сгорают, поэтому их приходится посте­пенно опускать в печь и в случае надобности наращивать (свинчивать с новыми электродами). Каждый из электродов зажат в контактных щеках металлического электрододержателя, к которому подводится электрический ток от вторичной обмотки печного трансформатора. Первичная обмотка трансформатора питается током высокого напряже­ния (6000—30 000 В), который преобразуется в ток низкого напряжения (90—280 В) в зависимости от выбранной ступени напряжения. Мощ­ность печного трансформатора зависит от емкости печи и способа плав­ки. Расход электроэнергии в дуговых электропечах при работе на твердой шихте составляет 2160—3420 МДж (600—950 кВт-ч) на I т готовой стали.
...
Технология выплавки стали в дуговых электропечах. В этих пе­чах выплавляют углеродистую или легированную сталь главным об­разом высококачественных марок.
...
В печах с основной футеровкой сталь выплавляют с окислением углерода и других компонентов шихты или без окисления шихты (метод переплава).
...
имеет очень много общего с технологией выплавки стали в мартеновских печах скрап-процессом. После ремонта подины в печь загружают шихту. Среднее содержание углерода в шихте должно быть на 0,5—0,6% выше, чем в готовой стали. Избыток углерода выгорает из расплавленного металла и обеспечивает хорошее кипение ванны.
...
На подину печи сначала загружают мелкий стальной скрап, а за­тем более крупные куски шихты. Шихта в печи должна быть плотно уложена; особенно плотно в том месте, где будут находиться элект­роды. Загрузку печей малой (до 10 т) и средней (до 30 т) емкости произ­водят через загрузочное окно мульдами или лотками, а печей большой емкости — через открытый свод. После загрузки шихты электроды опус­кают до соприкосновения с кусками металла. Под электроды предвари­тельно прокладывают кусочки кокса для более плавного зажигания дуг; затем включают ток от печного трансформатора и начинают плавку.
...
Процесс выплавки стали в дуговой электропечи состоит из двух пе­риодов; окислительного и восстановительного. Во время окислитель­ного периода шихта расплавляется. Из металла выгорают кремний, марганец, фосфор, избыточный углерод, частично железо и некоторые легирующие элементы (например, хром, титан). Окисление отдельных элементов происходит по реакциям (15)—(22). В печи с основной футе­ровкой фосфор удаляется из металла главным образом в первой полови­не окислительного периода, пока ванна еще сильно не разогрелась. Об­разовавшийся фосфористый шлак удаляют из печи на 60—70%. Для наведения нового шлака в печь загружают свежеобожженную известь и другие необходимые компоненты (железную руду, боксит, плавиковый шпат, битый шамотный кирпич и т. д.). Через некоторое время в печи завершается формирование шлака и начинается кипение ванны.
...
Во время кипения металлической ванны в течение 45—60 мин из металла выгорает избыточный углерод; при этом удаляются растворенные газы и неметаллические включения; одновременно отбирают на анализ пробы металла и шлака. Основность шлака должна быть равна 2—2,5, что необходимо для удержания в нем фосфора и создания достаточной окислительной способности шлака при добавке железной руды.
...
После выгорания углерода из печи удаляют весь шлак, образовав­шийся в окислительный период. Рели содержание углерода в металле при кипении ванны понизилось больше, чем это требуется, то в печь вводят битые графитовые электроды или кокс для науглероживания металла. После этого наступает восстановительный период плавки.
...
В период плавки необходимо раскислить металл, перевести макси­мально возможное количество серы в шлак, получить заданный хими-
...
Технология выплавки стали в дуговых электропечах.
...
Восстановительный период плавки в печах с основной футе­ровкой проводится для сталей с низким содержанием углерода под белым {известковым) шлаком, а для высокоуглеродистых сталей (С > 1 %) под карбидным шлаком.
...
Для получения белого шлака в печь загружают первую шлаковую смесь, состоящую из извести (80%) и плавикового шпата (20%). В ре­зультате образуется слой шлака с достаточно высоким содержанием FeO и МпО. Затвердевшие пробы шлака имеют темный цвет. Такой шлак еще не может раскислять металл. Перед началом раскисления металла впечь загружают вторую шлаковуюсмесь для понижения концентрации окислов железа и марганца в слое шлака. Эту смесь обычно составляют из хорошо обожженной извести (4—5 частей), плавикового шпата (1 часть), молотого древесного угля и кокса (2—3 части). Через некоторое время повышается основность шлака и понижается содержание в нем FeO и МпО. Пробы такого шлака после затвердевания светлеют. Этот шлак может раскислять металл. К концу восстановительного периода для уси­ления раскисляющего действия белого шлака в печь загружают порошок ферросилиция, в результате чего содержание FeO в шлаке понижается до 1—1,5%.
...
Высокая основность белого шлака, куски древесного угля или кокса на его поверхности и высокая температура в печах способствуют интен­сивному переходу серы из металла в шлак по реакции (13).
...
Во время восстановительного периода в металл вводят несбходимые добавки, в том числе и легирующие элементы. Окончательное раскисле­ние стали производят алюминием.
...
Выплавка стали под карбидным шлаком на первой стадии восстано­вительного периода (до посветления затвердевших проб шлака) проис­ходит так же, как и под белым шлаком. Затем в печь загружают карбидо-образующуюсмесь, состоящую из кокса, извести и плавикового шпата в пропорции 1 : 3 : 1. При высоких температурах около электрических дуг происходит реакция взаимодействия извести с углеродом кокса:
...
Карбид кальция СаС2, образующийся по этой реакции, увеличивает раскислительную и обессеривающую способность шлака. Для ускорения образования карбида кальция в шлаке печь хорошо герметизируют.
...
Способ плавки без окисления шихты (метод переплава) отличается от предыдущего тем, что в шихте отсутствует железная руда и плавка идет практически без кипения. Шихту обычно составляют из легирован­ных отходов с низким содержанием фосфора (поскольку его нельзя перевести в шлак) и близких по химическому составу к выплавляемой стали. Для понижения содержания углерода в шихту добавляют 10 — 15 % мягкого железа «0,1 % С), выплавленного в мартеновских печах.
...
При работе по методу переплава первичный (железистый) шлак из печи не удаляют, так как из него в металл переходят дефицитные легирующие элементы (хром, титан, ванадий).
...
Улучшение этих показателей для дуговых электрических печей зависит от их емкости, мощности трансформаторов, совершенства тех­нологии, стойкости футеровки и организационных мероприятий. В на­шей стране построены и работают электропечи емкостью 100 и 200 т с трансформаторами соответственно 50—60 и 80—120 тыс. кВА. Расче­ты показали, что в цехе с объемом производства 800 тыс. т стали повы­шение мощности трансформа­торов позволяет установить 4 печи вместо 5. При этом су­щественно сокращаются капи­тальные затраты на соору­жение цеха и повышается производительность труда.
...
Выход годной стали коле­блется от 90 до 96% от всей металлической завалки. Рас­ход электроэнергии при твер­дой завалке составляет 800— 950 кВт-ч электроэнергии на 1 т стали. Продувка кисло­родом значительно уменьшает этот расход (до 30%), сокра­щает продолжительность пла­вки и на 20—25% повышает производительность печи.
...
Индукционные печи. Эти Рнь 1а Схема устр0ЙСГВа „ндукциоя-печи существенно отличают-
...
ся от дуговых способом об­разования тепла для распла­вления металла. При прохо­ждении переменного электрического тока через индуктор печи образуется переменное магнитное поле. Магнитный поток наводит to вторичном контуре (обычно тигель с загруженным в него металлом) переменные токи (токи Фуко), под действием которых металл нагрева­ется и расплавляется.
...
Индукционные печи имеют емкости 50—10 000 кг. Выплавку стали в этих печах обычно осуществляют но методу переплава. Угар легиру­ющих элементов при этом незначителен.
...
Технико-экономические показатели производства электростали.
...
Плавильные тигли могут иметь кислую или основную футеровку. Кислую футеровку изготовляют из молотого кварцита; связкой служит порошок борной кислоты {до 1,5%). Основную футеровку изготовляют из порошка хорошо обожженного плавленого магнезита; связкой мо­жет быть борная кислота (3%).
...
Для формирования шлака в тигель загружают шлаковую смесь. Тем­пература шлака в тигле ниже температуры металла, так как шлак об­ладает г.есьма слабой магнитной проницаемостью и ток в кем практи­чески не индуктируется. Под действием электромагнитных сил в тигле происходит усиленная циркуляция металла, что ускоряет химические реакции и способствует получению однородного металла.
...
Индукционные печи обычно применяют для выплавки высоколеги­рованных сталей и сплавов особого назначения. Внутри печи легко создать вакуум или регулируемую атмосферу из газов определенного состава (например, водорода). Это позволяет использовать индукцион­ные печи для плавки в вакууме или в нейтральной атмосфере.
...
Для совершенствования технологии плавки в электрических печах предусматривается широкое использование кислорода с установкой автоматизированных фурм, применение газокислородных горелок и вдувание порошкообразных материалов. Современные электрические печи оборудованы автоматическими установками для измерения тем­пературы металла и устройствами Для электромагнитного перемеши­вания металла. Эти и другие меры существенно повышают качество электростали.
...
Речь идет о последовательной выплавке стали в двух плавильных агрегатах (дуплекс-процесс). При этом возможны разные сочетания этих агрегатов. Главным образом это основная и кислая мартеновские печи, а также кислородный конвертор и основная мартеновская печь. Реже используют основную мартеновскую и основную электропечь.
...
При сочетании кислородного конвертора с основной мартеновской печью жидкий чугун сначала продувают в конверторе и полученный полупродукт передают в основную мартеновскую печь для удаления серы и фосфора и придания стали заданного химического состава.
...
В дуплекс-процессе «основная — кислая мартеновские печи» плав­ка протекает в основной печи на обычной для этого процесса шихте. Из жидкого металла удаляются фосфор, сера, кремний и марганец до минимально возможного содержания. Затем жидкую сталь, содержа­щую обычно 1,3—3,4% С (т. е. в количестве, достаточном для процесса кипения), переливают в кислую печь для доводки и получения высоко­качественной кислой стали.
...
Сочетание мартеновской печи с основной электропечью позволяет уменьшить расход электроэнергии на расплавление и дефосфорацию металла. В этом случае в мартеновской печи осуществляют плавление, дефосфорацию и частичное кипение металла. Затем металл переливают
...
Плавильные тигли могут иметь кислую или основную футеровку. Кислую футеровку изготовляют из молотого кварцита; связкой служит порошок борной кислоты {до 1,5%). Основную футеровку изготовляют из порошка хорошо обожженного плавленого магнезита; связкой мо­жет быть борная кислота (3%).
...
Для формирования шлака в тигель загружают шлаковую смесь. Тем­пература шлака в тигле ниже температуры металла, так как шлак об­ладает г.есьма слабой магнитной проницаемостью и ток в кем практи­чески не индуктируется. Под действием электромагнитных сил в тигле происходит усиленная циркуляция металла, что ускоряет химические реакции и способствует получению однородного металла.
...
Комбинированные способы производства стали в некоторых случа­ях выгодны и единственно возможны. Целесообразность применения этих процессов определяется конкретными технико-экономическими условиями работы металлургического завода. Сочетание основной мар­теновской с основной электрической печью сокращает расход энергии и позволяет получать сталь высокого качества.
...
По степени раскисления сталь разделяют на спокойную, кипящую и полуспокойную. При полном раскислении получается спокойная сталь (весь кислород находится в связанном состоянии), а при непол­ном раскислении — кипящая сталь. При разливке кипящей стали выделяется окись углеро­да (сталь кипит в изложнице).
...
Готовую сталь выпускают из печи в подогретый сталераз-ливочный ковш (рис. 11). Стальной кожух / ковша имеет две цапфы 2, при помощи кото­рых ковш, захватывается крюком мостового крана. Внутри ковш имеет огнеупорную футеровку 4 из шамотного кирпича. В дно ковша встроен стакан 3 с отвер- Рис. 11.
...
В зависимости от вида полученных слитков изложницы могут иметь квадратное, круглое, прямоугольное или другое сечение. Высота из­ложниц должна быть в пять-шесть раз больше их поперечного разме­ра. Для облегчения выемки слитков стенки изложницы имеют конус­ность.
...
В сталеплавильных цехах отливают слитки массой от 100 кг до 100 т. Наиболее широко используют слитки массой 5—8 т, направ­ляемые в прокатные цехи.
...
Применяют три способа разливки стали в изложницы: сверху (обыч­но при отливке крупных слитков), сифоном (при отливке мелких и
...
средних слитков) и непрерывную разливку. При разливке стали сверху (рис. 12,а) каждую изложницу заполняют сталью отдельно. При этом отверстие стакана ковша должно бытьустановлено по центру изложни­цы. При сифонной разливке (рис. 12,6) сталь из ковша / поступает в центральный стояк 2 и отводится из него в несколько изложниц 4 по литниковым каналам 5, расположенным в поддоне 6.
...
Сталь, разлитая сверху, имеет меньше неметаллических включений, чем сифонная. Однако последняя получается с более чистой поверх­ностью.
...
При затвердении стали в изложнице происходит усадка металла. В первую очередь затвердевают слои металла, прилегающие к стенкам изложницы. Внутренняя часть слитка некоторое время после запол­нения остается жидкой. Там, где металл дольше находится в жидком состоянии, образуется усадочная раковина (обычно по оси слитка, ближе к его голо в i го й
...
Усадочную раковину в слитке можно несколько уменьшить, если замедлить охлаждение стали в верхней части изложницы. Для этого применяют прибыльные надставки 3 (см. рис. 12), футерованные из­нутри огнеупорными материалами. Сталь в надставке затвердевает в последнюю очередь. Это способствует уводу усадочной раковины в головную часть слитка.
...
При непрерывной разливке стали получается большая экономия металла, а также увеличивается производительность труда и снижается
...
средних слитков) и непрерывную разливку. При разливке стали сверху (рис. 12,а) каждую изложницу заполняют сталью отдельно. При этом отверстие стакана ковша должно бытьустановлено по центру изложни­цы. При сифонной разливке (рис. 12,6) сталь из ковша / поступает в центральный стояк 2 и отводится из него в несколько изложниц 4 по литниковым каналам 5, расположенным в поддоне 6.
...
себестоимость производства (рис. 13). Сталь из ковша 7 непрерывной струей поступает в промежуточное устройство 8 и далее в охлаждаемые проточной водой кристаллизаторы 6. В каждый из кристаллизаторов снизу закладывают стальную затравку. При соприкосновении с за­травками и со стенками кристаллизатора начинается быстрое затвер­девание жидкого металла. При этом металл приваривается к затравке и вместе с ней вытягивается из кристаллизаторов роликами 9 и 10.
...
Затвердевание формируемого непрерывного слитка усиливается при проходе его через зону вторичного охлаждения водой 5 и воздухом 4.
...
Окончательно затвердевший слиток направляется к тележкам га­зорезки 3. Опускаясь вместе с тележками, слиток разрезается на мер­ные длины и по транспортеру 2 через приемный стол / поступает на склад.
...
Хотя содержание кислорода, азота и водорода в стали незначитель­но, они отрицательно влияют на ее прочностные, физико-химические и технологические свойства. Указанные примеси могут присутствовать в
...
себестоимость производства (рис. 13). Сталь из ковша 7 непрерывной струей поступает в промежуточное устройство 8 и далее в охлаждаемые проточной водой кристаллизаторы 6. В каждый из кристаллизаторов снизу закладывают стальную затравку. При соприкосновении с за­травками и со стенками кристаллизатора начинается быстрое затвер­девание жидкого металла. При этом металл приваривается к затравке и вместе с ней вытягивается из кристаллизаторов роликами 9 и 10.
...
Затвердевание формируемого непрерывного слитка усиливается при проходе его через зону вторичного охлаждения водой 5 и воздухом 4.
...
Окончательно затвердевший слиток направляется к тележкам га­зорезки 3. Опускаясь вместе с тележками, слиток разрезается на мер­ные длины и по транспортеру 2 через приемный стол / поступает на склад.
...
Хотя содержание кислорода, азота и водорода в стали незначитель­но, они отрицательно влияют на ее прочностные, физико-химические и технологические свойства. Указанные примеси могут присутствовать в
...
и др.) или в газообразном состоянии в различных несплошностях. Выплавка и разливка стали в вакууме уменьшает содержание газов в стали.
...
Внепечное вакуумирование разделяется на 4 основных вида: ваку-умирование в ковше, вне ковша, в струе металла и в изложнице.
...
При первом способе ковш с металлом помещают в герметичную ка­меру, из которой непрерывно удаляют воздух и газ. Остаточное дав­ление составляет 0,1—1 мм рт. ст.
...
вают «кипение» и способствуют перемешиванию стали. В ре­зультате такого вакуумирова-ния содержание водорода сни­жается до 0,00015%, а кисло­рода и азота уменьшается в два раза.
...
рование, но и подогрев металла, что позволяет увеличить вре­мя выдержки под вакуумом, не опасаясь охлаждения стали. После де­газации сталь выливают обратно в ковш. Остаточное давление в камере от 0,1 до 1 мм рт. ст.
...
Вакуумирование в струе получило более широкое распространение, чем в ковше. Внутри герметичной камеры установлен разливочный ковш, в который сталь поступает из раздаточного ковша. Разливку по изложницам ведут на воздухе. В результате такой обработки содер­жание кислорода снижается на 70%, водорода на 65%. Существу­ет много разновидностей этого способа вакуумирования.
...
Вакуумирование в изложнице проводят при застывании в ней стали. Для этого на изложницу устанавливают вакуумную камеру, на нее промежуточный ковш (дозатор), дно которого сделано из легкоплавко­го материала. Жидкая сталь расплавляет диск дна, которое закрыва­ет отверстие в верхней части камеры и сталь, проходя через вакуумную камеру, попадает в изложницу. Содержание водорода уменьшается в 4—5 раз (до 0,0001%), кислорода на 60%.
...
В настоящее время разработаны новые методы вакуумной обработки металла, сочетающие непрерывную разливку с вакуумированием (рис. И).
...
Жидкая сталь из промежуточного устройства / всасывается по па­трубку 2 в футерованную вакуумную камеру 3 н сливается по патрубку в другое промежуточное устройство 8,
...
непрерывной разливки. Перед вакуумированием камеру и футеровку 5 нагревают до максимально допустимой температуры при помощи го­релки 5. После разогрева горелку отводят и камеру герметизируют: патрубок 2 закрывают легкоплавким диском, а патрубок 8 — жидким стеклом. Воздух и газы отсасывают через трубу 7. Промежуточные уст­ройства устанавливают в рабочее положение при помощи плунжеров 9. Для наблюдения за процессом имеется глазок 6.
...
При затвердевании жидкой стали в изложнице строение ее получа­ется неоднородным (рис. 15). Рассмотрим кристаллизацию в изложнице спокойной, хорошо раскисленной стали. Сталь разливают по излож­ницам при 1540—1560° С, При этом она соприкасается с относительно холодным днищем и стенками изложницы, вследствие чего очень быст­ро охлаждается. В местах соприкосновения образуется относительно тонкий слой мелких, различно ориентированных кристаллов (на рис, 15 зоны 10
...
Образующийся между слитком и изложницей воздушный зазор замедляет дальнейшее охлаждение жидкой стали внутри слитка. При этом появляются крупные кристаллы, ориентированные в направлении, перпендикулярном охлаждающей поверхности изложницы. Здесь об­разуются зоны вытянутых столбчатых кристаллов 7 и б, которые зани­мают несколько наклонное положение по отношению к стенке в зоне 8.
...
Строение слитка зависит от температуры металла в момент разлив­ки, скорости разливки, температуры изложницы и толщины ее стенок, химического состава стали, способа ее раскисления и ряда других фак­торов.
...
Основными дефектами слитка являются усадочная раковина и рых­лость, неравномерное распределение (ликвация) элементов по се­чению слитка, неметаллические включения, газовые пузыри, ракови­ны, трещины и др.
...
Образование усадочной раковины и рыхлости в верхней части слитка спокойной стали объясняется различием удельных объемов стали в жидком и твердом состояниях.
...
Ликвация в слитке является следствием непрерывного обогащения жидкой фазы примесями при переходе стали в твердое состояние. Лик­вации в большей степени подвержены углерод, сера, фосфор и в мень­шей другие примеси. Неметаллические включения и микроскопические газовые пузыри также неравномерно распределяются по объему слитка.
...
Неметаллические включения попадают в сталь вследствие разъеда­ния огнеупорной футеровки печи, желоба и ковша. Они образуются также при раскислении стали марганцем, кремнием и алюминием; в металл могут также попадать и задерживаться частицы шлака. Хими­ческий состав неметаллических включе­
...
ний может быть разнообразным (сульфи­ды железа и марганца, закись железа, за­кись марганца, силикаты). Неметалличес­кие включения в стали ухудшают ее качест­во.
...
Газовые раковины в слитке возникают вследствие уменьшения растворимости га­зов при переходе металла из жидкого сос­тояния в твердое. Во время плавки жид­кий металл в известной мере насыщается газами — Еодородом,
...
Присутствующие в газовых пузырях водород и окись углерода могут также образоваться в жидкой стали, если она была недостаточно раскислена. Так, при взаимодействии растворенных в стали за­киси железа и углерода образуется окись углерода. Эта реакция особенно сильно развивается во всем объеме металла при разливке кипящей стали, которую не раскисляют в печи и в ковше. Выделив­шаяся окись углерода собирается в виде газовых пузырей на глубине не менее 15—
...
раковина и ликвация примесей в слитке кипящей стали выражены слабо. Влияние некоторых элементов на свойства стали. Соответствен­но изменению структуры изменяются и свойства стали. Чем больше углерода встали, тем выше твердость, прочность, но ниже пластичность. Механические свойства стали зависят также от формы и размеров час­тиц феррито-цементитной смеси. Чем дисперсией (тоньше и меньше) частицы этой смеси, тем выше твердость и прочность стали. Цементит зернистой формы по сравнению с пластинчатой при одинаковой твер­дости обладает более высокой пластичностью.
...
С повышением содержания углерода в стали ухудшаются сваривае­мость и улучшается обрабатываемость резанием, повышается хладно­ломкость, закаливаемость и чувствительность к старению и перегреву,
...
Неметаллические включения попадают в сталь вследствие разъеда­ния огнеупорной футеровки печи, желоба и ковша. Они образуются также при раскислении стали марганцем, кремнием и алюминием; в металл могут также попадать и задерживаться частицы шлака. Хими­ческий состав неметаллических включе­
...
ний может быть разнообразным (сульфи­ды железа и марганца, закись железа, за­кись марганца, силикаты). Неметалличес­кие включения в стали ухудшают ее качест­во.
...
Газовые раковины в слитке возникают вследствие уменьшения растворимости га­зов при переходе металла из жидкого сос­тояния в твердое. Во время плавки жид­кий металл в известной мере насыщается газами — Еодородом,
...
Сера и фосфор являются вредными примесями в стали*, так как ухудшают пластичность и вязкость. Сера придает стали краснолом­кость, т. е. большую хрупкость при высоких температурах. Фосфор вызывает хладноломкость, проявляющуюся в склонности образовывать трещины при нормальной и, особенно, низких температурах.
...
Цветная металлургия — одна из ведущих отраслей промышлен­ности. По объему производства цветных металлов СССР практически пол ностью обеспечен собствен ными рсс урс ами.
...
Руды цветных металлов значительно беднее железных. Последние считаются рентабельными для переработки, если содержат 40% желе­за и более; медные же, например, экономически выгодны уже при со­держании 0,5—2,0% меди. Если для получения 1 т чугуна требуется добыть 3—4 т руды, то для получения 1 т меди необходимо доставить на обогатительные фабрики 120—150 т сырья.
...
Руды цветных металлов, как правило, полиметаллические, т. е. содержат одновременно несколько металлов. Технология переработки таких руд требует извлечения из них всех цветных металлов.
...
Алюминиевая промышленность была создана за годы Советской влас­ти, так как получение алюминия требует мощной энергетической базы, которой дореволюционная Россия не располагала. Реализация ле­нинского плана ГОЭЛРО позволила, в частности, построить предприя­тия по производству алюминия и магния.
...
Алюминий относится к группе легких цветных металлов. После кислорода он является самым распространенным элементом в природе. Добывают алюминий из горных пород с высоким содержанием глинозе­ма (боксита, каолина, нефелина, алунита).
...
Бокситы — основное сырье для получения алюминия — содержат 30—50% А1г03. 3—13% Si02, 2—4% ТЮ2 и 10—18% тдратной вла­ги. Рудными минералами бокситов являются гидраты окиси алюминия А1203- Н20 и А1203- ЗН20. Основные месторождения бокситов в СССР находятся на Урале, в Сибири и на Кольском полуострове.
...
Богатые глиноземом каолиновые глины содержат алюминий в сос­таве минерала каолинита A1203- 2Si02- 2НаО. Каолиновые глины весь-
...
В производстве алюминия различают три технологических процес­са: получение чистого глинозема из алюминиевых руд; получение пер­вичного алюминия электролизом глинозема из расплавленного крио­лита; рафинирование первичного алюминия хлором.
...
Получение чистого глинозема. Чистый глинозем получают из алюминиевых руд щелочным, кислотным, электрометаллургическим и комбинированным методами. Выбор метода зависит от состава примесей руды. Руду, содержащую незначительное количество кремнезема и большое количество окиси железа (высокосортные бокситы), лучше об­рабатывать в щелочах. При этом кремнезем растворяется, а окись же­леза легко отделяется. Руду с большим количеством кремнезема и незна­чительным количеством окиси железа (каолиновые глины) надо пере­рабатывать в кислотах. При этом растворяется окись железа и не раст­воряется кремнезем. Руду с большим количеством и кремнезема, и оки­си железа следует подвергать электрометаллургической или комбини­рованной обработке — предварительной выплавке ферросилиция с переводом глинозема в шлак.
...
При обработке алюминиевых руд щелочами глинозем можно полу­чить мокрым щелочным способом или способом спекания. Предвари­тельно надо получить растворимое в воде химическое соединение (алю­минат натрия А1203- Na.20), которое при 45—50° С разлагается с выде­лением из раствора кристаллического осадка — гидрата окиси алю­миния. Последний тщательно промывают, сушат и прокаливают для отделения гидратной влаги:
...
При мокром щелочном (автоклавном) способе боксит сначала сушат при 200° С, а затем размалывают в шаровых мельницах. Размолотый боксит поступает в автоклавы (закрытые сосуды) с концентрированной щелочью, где выдерживается 3—4 ч при 150° С и избыточном давлении 0,5—0,7 Мн/мг. В автоклаве происходит реакция
...
Образующийся алюминат натрия переходит в водный раствор, а окись железа, двуокись титана и другие примеси руды, не растворимые в щелочах, выпадают в осадок (красный шлам) и его отфильтровывают. Часть кремнезема также переходит в состав красного шлама, образуя нерастворимое соединение си ли ко алюминат натрия; другая часть крем­незема растворяется в щелочи
...
Отделенный от красного шлама крепкий раствор щелочи с алюмина­том натрия поступает в большие чаны, где разбавляется водой и под­вергается гидролизу при 40° С. Для этого в чан с раствором загружают
...
затравку (небольшое количество свежеосажденного кристаллического гидрата окиси алюминия), действующего как катализатор по реакции
...
При сухом щелочном способе (спекании) измельченный боксит сме­шивают с технической содой и подвергают спеканию при 800—1000° С. В этих условиях алюминат натрия получается в твердом виде по реак­ции
...
При обжиге шихты наряду с Als03-NaaO образуются нежелатель­ные соединения FejCVNa^O и TiOa-Na20. Во время выщелачивания продуктов обжига в горячей воде (90—95° С) эти соединения образуют осадок (красный шлам) и легко отделяются от светлого водного раст­вора алюмината натрия. Этот раствор продувают углекислым газом. При этом происходит реакция
...
в результате которой в осадок выпадает А1(ОН)3. Осадок промывают водой, высушивают и прокаливают до получения А1203.
...
При кислотном методе обработки руду растворяют в серной или соляной кислоте. Образующиеся при этом соли алюминия подвергают дальнейшему химическому воздействию: из их растворов
...
за. Подину и стены ванны выкладывают из углеродистых блоков 9. В подину ванны вмонтированы толстые медные шины 10, соединен­ные с отрицательным полюсом источника тока. К медным шинам 1 с помощью стальных стержней 3 подвешивают аноды 2 (угольные элект­роды), соединенные с положительным полюсом источника тока.
...
Перед началом электролиза на подину ванны насыпают тонкий слой молотого кокса, затем к нему подводят угольные электроды и пропускают ток. Когда угольная футеровка ванны накалится докрасна, в ванну постепенно загружают криолит и расплавляют его при мед­ленном подъеме электродов. После получения в ванне слоя расплавлен­ного криолита 6
...
Образующиеся в результате положительно заряженные ионы алю­миния переносятся электрическим током к угольной подине — катоду ванны, на котором выделяется металлический алюминий
...
Анионы А13+ переносятся током к угольному электроду (аноду), где в результате анодного процесса выделяется газообразный кислород и образуется глинозем
...
разливают в формы для получения чушек. Некоторое количество пер­вичного алюминия после дополнительной переплавки в электропечах разливают в изложницы. Получаемые слитки прокатывают в листы.
...
Для более полного удаления растворенных в алюминии примесей иногда применяют электролитическое рафинирование, при котором загрязненный алюминий служит анодом и подвергается растворению, а чистый алюминий — катодом. Между чистым и загрязненным алю­минием находится слой электролита из безводных хлористых и фтористых солей. При таком рафинировании получают металл, содер­жащий до 99,9% А1.
...
Магний также относят к группе легких цветных металлов. По за­пасам в земной коре он занимает третье место среди металлов. Для производства магния используют магнезит MgC03, доломит MgC03x хСаС03, карналлит MgCl2-KCls-НгО и бишофит Mg0;>-6H20.
...
Многочисленные соленые озера {Сакское, Сивашское и др.), нахо­дящиеся на территории СССР, содержат в растворе 0,83—0,89% Mg. Неисчерпаемый источник для производства магния — морская вода (в 1 кг воды содержится I г магния).
...
Технология получения магния состоит из двух основных процессов: предварительной подготовки сырья и электролиза безводного хлорис­того расплавленного магния в электролите или восстановления окиси магния термическим способом.
...
Электролиз протекает в специальных ваннах, предотвраща­ющих попадание хлора в атмосферу цеха и паров воды из воздуха в ванну (вода разрушает хлорид магния).
...
Электролитом служат расплавленные хлористые соли калия, нат­рия, кальция и магния. Электролиз протекает при 700—750° С. Ано­ды (графитовые пластинки сечением 100 X
...
В процессе электролиза хлорид магния разлагается. В прикатодном пространстве ванны выделяется магний, а в анодном — хлор. Магний, как менее плотный, находится на поверхности электролита. Магний по шлангам перекачивают в вакуумный котел, а хлор отсасывают через хлоропровод. Окись магния и частично восстановленное железо осе­дают на дно ванны в виде шлама, откуда его удаляют черпаками; отработанный электролит удаляют через лейку вакуумными устройст­вами.
...
На 1 кг металлического магния при электролизе хлористого маг­ния выделяется 2,9 кг хлора. Для получения 1 кг магния расходуется 4,5 кг обезвоженного хлорида магния, или около 10 кг искусственно­го карналлита (естественного карналлита около 12 кг).
...
Медь получают из сульфидных и окисленных медных руд. Около 80% меди добывают из сульфидных руд и примерно 20%—■ из окисных. Более высокое сродство меди к сере, чем меди к кислороду, отразилось на процессах образования рудных минералов меди.
...
Из сульфидных медных руд наиболее распространен медный кол­чедан, содержащий минерал халькопирит CuSFeS. В некоторых слу­чаях применяют так называемый медный блеск, содержащий минерал халькозин Cn2S. Окисные медные руды содержат куприт СигО.
...
Флотацией перерабатывают бедные сульфидные медные руды в концентрат, содержащий 15—20% Си. Медный концентрат и богатые сульфидные медные руды перед плавкой подвер1аот окислительному обжигу при 600—900° С. При этом значительная часть серы удаляется в виде сернистого газа, используемого для производства серной кис­лоты.
...
Получение черновой меди. После окислительного обжига сульфид­ная медная руда и концентрат поступают в шахтные или пламенные печи для приготовления из них штейна (сплава, состоящего в основ­ном из сульфидов меди и железа с небольшим количеством других примесей). Штейн обычно содержит 30—50% Си, 40—20% Fe и 25— 22% S. Температура плавления штейна 950—1000°С.
...
Расплавленный штейн служит исходным продуктом для получения черновой меди. Штейн заливают в горизонтально расположенный ци­линдрический конвертор (рис. 17) и продувают воздухом. Кожух 3 конвертора выполнен из стали. Днища 10 конвертора плоские, арми­рованные балками. Кожух опоясывают двумя массивными ободами 2,
...
Процесс выплавки черновой меди из штейна состоит из двух пери­одов. Во время первого периода плавки кислород воздуха почти пол­ностью выжигает из штейна железо и частично медь. Процесс окисле­ния железа происходит по реакции
...
Экзотермические реакции (37) и (38) сопровождаются выделением большого количества тепла, служащего источником разогрева ванны при продувке ее воздухом. Железистый шлак первого периода удаля­ют из конвертора, после чего во втором периоде продувки происходит экзотермическая реакция окисления полусернистой (сернистой за­писной) меди.
...
образуя металлическую медь. Реакция (40) в отличие от реакций (37)— (39) происходит с поглощением тепла и требует хорошего разогрева ванны.
...
Полученную черновую медь разливают в плоские изложницы на ленточной разливочной машине. В черновой меди в среднем содержит­ся: 98,5—99,5% Си; 0,3—0,5% S; 0,03—0,1 % Fe; до 1% Оа; 0,3—0,5% Ni; следы As, Pb, Sb и благородных металлов.
...
При огневом рафинировании черновую медь загружают в пламенную печь емкостью до 250 т и расплавляют в окислительной атмосфере. В этих условиях из меди удаляются и переходят в шлак только те примеси, которые обладают большим сродством к кислороду, чем медь.
...
Для ускорения процесса рафинирования в ванну с расплавленной медью подают сжатый воздух. Порядок окисления примесей (алюми­ния, кремния, марганца, олова, железа, мышьяка, сурьмы, свинца) зависит от температуры процесса и концентрации их в жидком метал­ле. Большинство примесей в виде окислов переходит в шлак T(Fez03; А1г03, Si02), но некоторые примеси при рафинировании меди удаляют­ся из печи с газами в виде паров. Благородные металлы при огневом рафинировании меди полностью в ней остаются.
...
При продувке воздухом, естественно, окисляется и медь, погло­щающая много кислорода, что резко ухудшает ее качества. Поэтому перед выпуском из печи металл раскисляют и перемешивают сырыми березовыми шестами для удаления растворенных в нем газов. Древе­сина обугливается и из нее выделяются водяной пар и продукты сухой перегонки. Это способствует удалению из металла растворенных га­зов и раскислению меди:
...
В результате медь становится более плотной. Из нее получают слит­ки или плиты, предназначенные для электролитического рафиниро­вания.
...
тоянного тока происходит электролиз: анодные плиты растворяются в ванне, а на катодных листах оседает чистая медь. Находящиеся в меди примеси благородных металлов выпадают на дно ванны в виде остатка (шлама).
...
Осаждение чистой меди на катоде продолжается 10—12 дней. Расход электроэнергии на электролитическое рафинирование 1 т меди составляет 900—1200 МДж при плотности тока 100—300 А/мв, силе тока 10 000 А и напряжении 100—200 В.
...
Титан — один из наиболее распространенных в земной коре ме­таллов. Благодаря высокой коррозионной стойкости, малому удель­ному весу и высоким механическим свойствам титан широко применя­ют в технике. В природе известны многие титановые минералы, но промышленное значение имеют только FeO-TiOa (ильменит), ТЮг (рутил), СаО • Si02 - ТЮ2 (титанит) и др.
...
В Советском Союзе широко распространены сложные железо-тита­новые руды, содержащие ильменит с магнетитом и гематитом. Содер­жание двуокиси титанав них находится в пределах 5—16%. После ме­ханического и электромагнитного обогащения руды получают ильме-нитовый концентрат, содержащий 40—45% рутила (TiOJ. Окислы титана переводят в тетрахлорид титана TiCI4, из которого получают металлический титан.
...
Рутил смешивают с коксом и размалывают. В качестве связующего добавляют каменноугольный пек. Смесь прокаливают в печи для уда­ления летучих. Полученную пористую твердую массу долбят, брике­тируют и направляют в установку для хлорирования при 800° С
...
Восстановить тетрахлорид титана можно водородом, натрием и магнием. Восстановление тетрахлорида титана водородом осущест­вляют в электропечи при температуре около 2000е С:
...
Полученный металл содержит большое количество растворенного водорода. Для удаления водорода применяют вакуумную обработку металла.
...
тоянного тока происходит электролиз: анодные плиты растворяются в ванне, а на катодных листах оседает чистая медь. Находящиеся в меди примеси благородных металлов выпадают на дно ванны в виде остатка (шлама).
...
Основоположником отечественной науки о металлах является великий русский ученый М.В.Ломоносов (1711—1765) — один из образованнейших людей своего времени.
...
Основы современного металловедения были заложены выдающими­ся русскими металлургами П. П. Аносовым (1799 — 1851) и Д. К. Черновым (1839—1921), впервые установившими связь между строением и свойствами металлов и сплавов.
...
П. П. Аносов заложил основы учения о стали, разработал науч­ные принципы получения высококачественной стали, впервые в мире в 1831 г. применил микроскоп для исследования строения металлов.
...
Д. К- Чернов продолжил труды П. П. Аносова. Он по праву счи­тается основоположником металлографии — науки о строении метал­лов и сплавов. Его научные открытия легли в основу процессов ковки, прокатки, термической обработки стали.
...
Открытые Д. К- Черновым критические точки в стали явились основой для построения современной диаграммы состояния системы железо — углерод.
...
Классические труды «отца металлографии» Д. К- Чернова развивали выдающиеся русские ученые. Первое подробное описание структур железоуглеродистых сплавов было сделано А. А. Ржешотарским (1898). Дальнейшее развитие металловедение получило в работах видных отечественных ученых Н. Й. Беляева, Н. С. Курнакова, А. А. Байко-ва, С. С. Штейнберга, А. А. Бочвара, Г. В. Курдюмова и др.
...
Наука о металлах развивается широким фронтом во вновь создан­ных научных центрах с применением электронных микроскопов и другой современной аппаратуры, с использованием достижений рент­генографии и физики твердого тела. Все это позволяет более глубоко изучить строение металлов и сплавов и находить новые пути повышения механических и физико-химических свойств. Создаются сверхтвердые сплавы, сплавы с заранее заданными свойствами, много­слойные композиции с широким спектром свойств и многие другие металлические, алмазные и керамико-металлические материалы.
...
Из 106 элементов периодической системы Д. И. Менделеева, из­вестных в настоящее время, 80 составляют металлы. Последних два элемента трансурановой группы (с ничтожно малым периодом полу­распада) недавно открыты советскими учеными.
...
В твердом состоянии все металлы и металлические сплавы обла­дают кристаллическим строением со строго определенным располо­жением атомов. Кристаллические тела состоят из множества мелких зерен (кристаллитов), внутри которых атомы расположены законо­мерно, образуя в пространстве правильную кристаллическую решетку. В идеальной кристаллической решетке атомы находятся на опреде­ленных расстояниях друг от друга и располагаются в определенных местах. Такое упорядоченное расположение атомов отличает кристал­лическое тело от аморфного, в котором атомы расположены бес­порядочно.
...
Пространственная кристаллическая решетка любого металла слага­ется из множества сопряженных друг с другом элементарных ячеек, внутри которых в известном порядке размещаются отдельные атомы. Существует несколько основных типов кристаллических решеток.
...
Из 106 элементов периодической системы Д. И. Менделеева, из­вестных в настоящее время, 80 составляют металлы. Последних два элемента трансурановой группы (с ничтожно малым периодом полу­распада) недавно открыты советскими учеными.
...
В твердом состоянии все металлы и металлические сплавы обла­дают кристаллическим строением со строго определенным располо­жением атомов. Кристаллические тела состоят из множества мелких зерен (кристаллитов), внутри которых атомы расположены законо­мерно, образуя в пространстве правильную кристаллическую решетку. В идеальной кристаллической решетке атомы находятся на опреде­ленных расстояниях друг от друга и располагаются в определенных местах. Такое упорядоченное расположение атомов отличает кристал­лическое тело от аморфного, в котором атомы расположены бес­порядочно.
...
Пространственная кристаллическая решетка любого металла слага­ется из множества сопряженных друг с другом элементарных ячеек, внутри которых в известном порядке размещаются отдельные атомы. Существует несколько основных типов кристаллических решеток.
...
Каждый атом в вершине ку­ба принадлежит одновременно восьми ячейкам, т. е. на каж­дую ячейку в этой вершине при­ходится Vs атома. На всю ячей­ку в целом (8 вершин) прихо­дится, таким образом, 1 атом. Кубическая кристаллическая ре­шетка сокращенно обозначается индексом Кб.
...
атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку. Базис характеризует плотность решет­ки, ибо в каждой решетке кро­ме объема, занимаемого атома­
...
Под координационным числом понимают число атомов-соседей, находящихся на равном и наиболее близком расстоянии от избранного атома. Так, в простой кубической решетке от атома
...
Железо может сущест­вовать в различных моди­фикациях. Аллотропичес­кие превращения железа можно проследить по кри­вым охлаждения и нагре­вания (рис. 20). На кри­вой охлаждения при тем­пературе 1539° С появля­ется первая горизонталь­ная площадка ' (останов­ка), отмечающая переход железа из жидкого состоя­ния (ж) в твердое Fee с
...
Вторая остановка наблюдается при 1401° С (точка Л4). При этом Fee переходит в Fey с более плотной кубической гранецентриро-ванной кристаллической решеткой. Третья остановка происходит при 898° С (точка Ara, на рис. 20 а^), во время которой Fev переходит в Fep и имеет кубическую объемноцентрированную кристаллическую решетку.
...
Последняя остановка наблюдается при 768° С (точка А2), что соот­ветствует переходу из состояния Fep в Fea без изменения кристалли­ческой решетки.
...
Выделение тепла при переходе Fcp в Fea связано с внутриатом­ными изменениями, в результате которых у Fea появляются резко выраженные магнитные свойства. Таким образом, фактически имеются две модификации железа с разными кристаллическими решетками.
...
Превращения, происходящие при нагревании железа, сопровож­даются поглощением тепла. Остановки чаще всего происходят при тех же или несколько более высоких температурах, чем при охлаждении. Критические температуры, при которых происходят аллотропиче­ские превращения железа, обозначаются А с соответствующими ин-
...
Реальная кристаллическая решетка отличается от идеальной схе­мы, приведенной на рис. 20, наличием кристаллических несовершенств.
...
Все реальные кристаллические твердые тела (в частности, металлы) имеют большее или меньшее количество дефектов кристаллической структуры, оказывающих влияние, нередко решающее, на макро­скопические свойства твердых тел. Такими дефектами являются:
...
Успехи учения о прочности и пластичности материалов связаны с развитием представлений о роли де­фектов структуры при пластической деформации и разрушении кристал­лических твердых тел. 
...
бой дислокацией. Если такая дислокация находится вверху, то ее счи­тают положительной и обозначают знаком Т"; краевую дислокацию, находящуюся внизу (отрицательную), обозначают знаком^.
...
Краевая дислокация может прос­тираться в длину на многие тысячи периодов решетки, ее линия не мо­жет быть прямой и, обладая поверх­ностным натяжением, она стре­мится замкнуться в контур. Вокруг дислокации возникает зона упру­гого искажения решетки. Ширина дислокаций, т. е. расстояние от цент­ра дефекта до места решетки без искажения, невелика и равна нес­кольким межатомным расстояниям.
...
Вследствие искажения решетки в районе дислокации последняя лег­ко может смещаться вправо или влево от нейтрального положения и устанавливать связь краевых своих атомов 3 с атомами 1 (см. рис. 21), а соседняя справа (слева) Полуплос­кость будет при этом переходить в промежуточное положение, превра­щаясь тем самым в экстраплоскость и образуя дислокацию вдоль краевых атомов 2 и т. д. Таким образом, дис­локация может перемещаться (вернее —■ передаваться как эстафета) вдоль некоторой плоскости скольжения, расположенной перпендикулярно к экстраплоскости Q.
...
Для отожженных металлов плот­ность дислокаций (pD), т. е. коли­чество дислокаций, пересекающих каждый см2, составляет 10?—10е,
...
если учесть силы межатомного вза­имодействия для каждой пары со­пряженных атомов (относительно плоскости скольжения АА) 1—1', 2—2' и т. д. и учитывая, что в плоскости скольжения реального метал­лического кристалла имеется около 1014 атомов на каждый см4 сече­ния, требуется чрезвычайно большое усилие (для технического желе-
...
бой дислокацией. Если такая дислокация находится вверху, то ее счи­тают положительной и обозначают знаком Т"; краевую дислокацию, находящуюся внизу (отрицательную), обозначают знаком^.
...
Краевая дислокация может прос­тираться в длину на многие тысячи периодов решетки, ее линия не мо­жет быть прямой и, обладая поверх­ностным натяжением, она стре­мится замкнуться в контур. Вокруг дислокации возникает зона упру­гого искажения решетки. Ширина дислокаций, т. е. расстояние от цент­ра дефекта до места решетки без искажения, невелика и равна нес­кольким межатомным расстояниям.
...
Согласно дислокационной теории пластический сдвиг в металле стедует рассматривать как процесс эстафетного перемещения дисло­каций. Упрощенная схема этого процесса представлена на рис. 23.
...
В результате наличия дислокации (рис. 23, а) в кристалле по обе стороны скольжения А А возникает искаженное состояние кристал­лической решетки с нарушением порядка идеальных связей между ато­мами. В этом случае достаточно будет приложить небольшое внешнее усилие Р {значительно меньше силы Р для идеальной решетки — рис. 23, б), чтобы вызвать распространение волны последовательных частных смещений вертикальных рядов атомов над плоскостью сколь­жения АА, не превосходящих по величине одного межатомного рас­стояния. В результате прохождения этой волны дислокация, как своеобразная эстафета, будет последовательно передаваться рядам атомов 3, 4... и в некоторый момент займет положение, представлен­ное на рис. 23, в. В итоге же передачи движения от частного смещения ряда атомов / дислокация выйдет на поверхность и исчезнет, как это показано на рис. 23, г. Итак, конечным результатом перемещения дислокации вдоль плоскости скольжения АА явился сдвиг на одно межатомное расстояние, причем для осуществления этого сдвига понадобилось значительно меньшее усилие, чем при отсутствии дис­локации.
...
Отсюда можно сделать вывод, что процесс сдвига в кристалле про­исходит тем легче, чем больше дислокаций имеется в металле. Наобо-
...
Согласно дислокационной теории пластический сдвиг в металле стедует рассматривать как процесс эстафетного перемещения дисло­каций. Упрощенная схема этого процесса представлена на рис. 23.
...
В результате наличия дислокации (рис. 23, а) в кристалле по обе стороны скольжения А А возникает искаженное состояние кристал­лической решетки с нарушением порядка идеальных связей между ато­мами. В этом случае достаточно будет приложить небольшое внешнее усилие Р {значительно меньше силы Р для идеальной решетки — рис. 23, б), чтобы вызвать распространение волны последовательных частных смещений вертикальных рядов атомов над плоскостью сколь­жения АА, не превосходящих по величине одного межатомного рас­стояния. В результате прохождения этой волны дислокация, как своеобразная эстафета, будет последовательно передаваться рядам атомов 3, 4... и в некоторый момент займет положение, представлен­ное на рис. 23, в. В итоге же передачи движения от частного смещения ряда атомов / дислокация выйдет на поверхность и исчезнет, как это показано на рис. 23, г. Итак, конечным результатом перемещения дислокации вдоль плоскости скольжения АА явился сдвиг на одно межатомное расстояние, причем для осуществления этого сдвига понадобилось значительно меньшее усилие, чем при отсутствии дис­локации.
...
Отсюда можно сделать вывод, что процесс сдвига в кристалле про­исходит тем легче, чем больше дислокаций имеется в металле. Наобо-
...
рот, чем меньше в металле таких дислокаций, тем меньше возмож­ностей для сдвига и тем прочнее металл. В металле, в котором не обра­зуются дислокации, сдвиг возможен только за счет одновременного смещения (как целого) одной части кристалла относительно другой. В этом случае прочность бездислокационного металла должна быть
...
Прочность нитевидных метал­лических кристаллов — так назы­ваемых усов (точка 2 на рис. 24) — оказалась ближе к теоретичес­кой, что, согласно, предположени­ям, обусловлено весьма малым количеством дислокаций. Так, например, для нитевидных крис­таллов железа предел прочности на разрыв составляет ов =140 МН/м1 (МПа).
...
Большое повышение прочности металла с увеличением совершенст­ва его кристаллического строения (на примере нитевидных кристал­лов) является убедительным под­тверждением теории дислокации.
...
прочность отожженного метал­ла; а — закаленной стали: б — стали после термомеха ни ческой обработки; в — мартен, ситостареющие стали
...
ционных металлических кристал­лов существует другой путь уп­рочнения металлов. Оказывается, что реальная прочность металлов падает с увеличением числа дисло­каций только вначале. Достигнув
...
минимального значения при некоторой критической плотности дислокаций (ркр на рис. 24), реальная прочность вновь начинает возрастать. Повышение реальной прочности с возрастанием плотности дислокаций выше ркр объясняется тем, что при этом возникают не только параллельные друг другу дислокации, но и дислокации в раз­ных плоскостях и направлениях. Такие дислокации будут мешать друг другу перемещаться, т. е. в элементарный акт пластической де­формации будет вовлекаться одновременно все большее число атомов, и реальная прочность металла повысится.
...
Традиционными способами упрочнения металлов, ведущими к увеличению плотности дислокаций, являются механический наклеп, измельчение зерна и общее фрагментирование кристаллов в результате термообработки. Некоторые давно известные методы легирования (например, внесение в решетку основного металла чужеродных ато­мов), создающие всякого рода несовершенства и искажения кристал­лической решетки, препятствуют свободному перемещению дислока­ций или блокируют их. Сюда же относятся способы образования
...
/■—теоретическая прочность; 2 — прочность монокристальны и нитей (*ycou»); 3 —
...




    Необычные свойства обычных металлов
    Физические методы исследования металлов и сплавов
    Ручная дуговая сварка
    Технология металлов и сварка
    Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учебное пособие
    Сварка, резка, пайка металлов
    Сварка, резка и пайка металлов

    rss
    Карта