Îndepărtarea impurităților dăunătoare. Influența impurităților asupra structurii și proprietăților oțelului Influența impurităților nocive asupra proprietăților oțelului

În producția de oțel, metalurgia modernă folosește o cantitate imensă de impurități și aditivi. Proporțiile și cantitățile elementelor de aliere, așa cum sunt numiți și aditivii, sunt de obicei un secret comercial al unei companii metalurgice.

Carbon - o parte integrantă a oricărui oțel, deoarece oțelul este un aliaj de carbon și fier. Procentul de carbon determină proprietățile mecanice ale oțelului. Odată cu creșterea conținutului de carbon în compoziția oțelului, duritatea, rezistența și elasticitatea oțelului cresc, dar ductilitatea și rezistența la impact scad, iar lucrabilitatea și sudarea se deteriorează.

Siliciu - conținutul său nesemnificativ în compoziția oțelului nu are un efect deosebit asupra proprietăților sale. Odată cu creșterea conținutului de siliciu, proprietățile elastice, permeabilitatea magnetică, rezistența la coroziune și rezistența la oxidare la temperaturi ridicate sunt îmbunătățite semnificativ.

Mangan - este continut in otel carbon in cantitati mici si nu are un efect deosebit asupra proprietatilor sale. Cu toate acestea, formează un compus solid cu fierul, care crește duritatea și rezistența oțelului, reducând în același timp ductilitatea acestuia. Manganul leagă sulful în compusul MnS, prevenind formarea compusului dăunător FeS. În plus, manganul dezoxidează oțelul. Oțelul care conține o cantitate mare de mangan dobândește duritate semnificativă și rezistență la uzură.

Sulf - este o impuritate nocivă în compoziția oțelului, unde se găsește în principal sub formă de FeS. Acest compus conferă oțelului fragilitate la temperaturi ridicate - fragilitate roșie. Sulful crește abraziunea oțelului, reduce rezistența la oboseală și reduce rezistența la coroziune.
În oțelul carbon, conținutul de sulf admis nu este mai mare de 0,07%.

Fosfor - este, de asemenea, o impuritate nocivă în compoziția oțelului. Formează cu fier compusul Fe 3 P. Cristalele acestui compus sunt foarte fragile, drept urmare oțelul devine foarte casant la rece - fragilitate la rece. Efectul negativ al fosforului este cel mai pronunțat la un conținut ridicat de carbon.

Alierea componentelor din oțel și efectul lor asupra proprietăților:

Aluminiu - oțelul, a cărui compoziție este completată cu acest element, dobândește rezistență crescută la căldură și rezistență la scară.

Siliciu - crește elasticitatea, rezistența la acid și rezistența la calcar a oțelului.

Mangan - creste duritatea, rezistenta la uzura, rezistenta la sarcini de impact fara a reduce ductilitatea.

Cupru - îmbunătățește proprietățile rezistente la coroziune ale oțelului.

Crom - crește duritatea și rezistența oțelului, reducând ușor ductilitatea și crește rezistența la coroziune. Conținutul de cantități mari de crom din compoziția oțelului îi conferă proprietăți de inoxidabil.

Nichel - la fel ca cromul, oferă oțelului rezistență la coroziune și, de asemenea, crește rezistența și ductilitatea.

Tungsten - făcând parte din oțel, formează compuși chimici foarte duri - carburi, care cresc brusc duritatea și duritatea roșie. Tungstenul previne extinderea oțelului atunci când este încălzit și ajută la eliminarea fragilității în timpul călirii.

Vanadiu - creste duritatea si rezistenta otelului, creste densitatea otelului. Vanadiul este un bun agent de dezoxidare.

Cobalt - creste rezistenta la caldura, proprietatile magnetice, creste rezistenta la sarcini de soc.

Molibden - creste rezistenta la rosu, elasticitatea, rezistenta la tractiune, imbunatateste proprietatile anticorozive ale otelului si rezistenta la oxidare la temperaturi ridicate.

Titan - creste rezistenta si densitatea otelului, este un bun dezoxidant, imbunatateste prelucrabilitatea si creste rezistenta la coroziune.

Tot ce s-a spus mai sus despre impactul poluării atmosferice asupra oamenilor, faunei sălbatice și vegetației poate fi confirmat prin câteva exemple. După cum se știe, unele rafinării și întreprinderi de petrol din SUA folosesc petrol cu ​​conținut ridicat de sulf drept combustibil. Într-unul dintre statele în care se află astfel de fabrici și întreprinderi, a fost efectuat un examen medical amplu al populației. Rezultatele examinării au arătat că persoanele care s-au plâns de mirosuri neplăcute au avut diverse fenomene dureroase generale: dureri de cap, insomnie, sufocare, iritații ale tractului respirator superior. Toate aceste fenomene au apărut periodic în legătură cu pătrunderea în atmosferă a impurităților nocive. Toate fenomenele descrise au dus adesea la creșterea oboselii, scăderea performanței și tulburări funcționale ale sistemului nervos. La examinarea stării de sănătate a 1322 de studenți juniori (Institutul de Igienă Generală și Comunală al Academiei de Științe Medicale a URSS), care trăiesc în zona emisiilor de la o centrală termică puternică, s-a constatat că mulți copii practic sănătoși aveau fibroza inițială. modificări ale plămânilor, iar copiii înșiși s-au plâns de dureri de cap frecvente, slăbiciune generală, iritații ale membranelor mucoase ale ochilor, oboseală etc. Plângeri similare au fost în rândul populației care locuiește în zona unei fabrici de viscoză din Belarus, unde există a fost poluarea aerului cu disulfură de carbon și dioxid de sulf.

Efectul negativ al poluării atmosferice asupra vitelor poate fi judecat după următorul fapt, înregistrat în apropierea uneia dintre fabricile din Germania de Vest: o mare turmă de vite care aparținea populației satului fabrică a fost complet distrusă. În plus, populația acestui sat a remarcat o scădere bruscă a numărului de albine, moartea anumitor specii de animale sălbatice și deteriorarea vegetației chiar și la o distanță de 5 km de plantă. Un rol neîndoielnic în aceasta a fost jucat de poluarea aerului cu dioxid de sulf și praf care conține arsen, oxid de fier, antimoniu etc. Există numeroase rapoarte despre moartea coroanelor și distrugerea frunzișului pe copacii din apropierea plantelor chimice. Efectele nocive ale poluării atmosferice includ și deteriorarea condițiilor de viață ale populației: din cauza mirosurilor neplăcute, mulți sunt lipsiți de posibilitatea de a deschide ferestrele și de a ventila încăperile, iar decorarea exterioară a clădirilor este contaminată cu funingine și funingine. Unele emisii industriale au un efect distructiv asupra acoperișurilor metalice ale clădirilor rezidențiale și publice.

O atenție deosebită trebuie acordată faptului că unele produse cancerigene se găsesc în gudron de cărbune și praf. Aceste substanțe se condensează pe particulele de cenușă și funingine care pătrund în aerul atmosferic sub formă de gaze de ardere. Acest lucru trebuie reținut, deoarece unele tipuri de combustibil care conțin compuși cancerigeni produc cantități foarte mari de gaze de ardere atunci când sunt arse incorect. Surse de astfel de poluare a aerului în orașe pot fi, de asemenea, betonul asfaltic, pâsla de acoperiș, pâsla de acoperiș și întreprinderile de distilare a ardeziei. Datele comparative privind răspândirea cancerului pulmonar în rândul locuitorilor din diferite zone populate au arătat că această boală afectează mai des oamenii care trăiesc mult timp în orașe industriale, al căror bazin de aer este caracterizat prin conținutul de cantități mari de poluare atmosferică.

În cele din urmă, praful și fumul din aerul zonelor populate reduc transparența atmosferei, determinând o scădere a iluminării generale și, cel mai important, provoacă o slăbire semnificativă a intensității părții ultraviolete a radiației solare. Măsurătorile iluminării cu lumină difuză într-o zonă industrială a Moscovei și la o distanță de 8-10 km de centru au constatat că în interiorul orașului, iluminarea este cu 40-50% mai mică. În comparație cu zona înconjurătoare, intensitatea radiației solare la Paris este cu 25-30% mai mică, la Baltimore - cu 50%, iar la Berlin - cu 67%.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru

Introducere

Știința materialelor este o știință care studiază compoziția, metodele de producție, proprietățile fizice, chimice și mecanice, metodele de prelucrare termică și chimico-termică a materialelor, precum și scopul acestora.

Bazele acestei științe au fost puse în anii 30 ai secolului al XIX-lea, când s-a dezvoltat o înțelegere generală a structurii metalelor și aliajelor, au fost dezvoltate metode industriale de producere a oțelului și bazele tratamentului termic. Din acel moment, metalurgia a început să devină din ce în ce mai importantă în rezolvarea problemelor de adecvare a metalelor pentru anumite scopuri, producerea de aliaje cu anumite proprietăți, conferindu-le proprietățile necesare prin tratament termic și chimico-termic etc.

Bazele teoriei și tehnologiei bazate științific de tratare termică a oțelului au fost puse în lucrările lui D.K. Chernov (1839-1921) privind metalografia fierului și oțelului, care a câștigat recunoașterea internațională. El a dezvoltat, de asemenea, teoria cristalizării, a creat una dintre cele mai progresive metode de întărire - izotermă și a subliniat avantajele cristalizării sub presiune și turnării centrifuge.

Cea mai mare descoperire a secolului al XIX-lea. a devenit legea periodică a lui D. I. Mendeleev (1834-1907), care face posibilă stabilirea unei legături între proprietățile, compoziția și structura metalelor și să prezică modificări atât în ​​proprietățile fizico-chimice, cât și în cele mecanice. Succesele ulterioare în metalurgie sunt indisolubil legate de numele oamenilor de știință sovietici N. A. Minkevich, S. S. Steinberg, N. T. Gudtsov, N. S. Kurnakov, A. A. Baykov, A. A. Bochvar, G. V. Kurdyumov și mulți alții.

În prezent, materialele plastice și alte materiale nemetalice sunt utilizate pe scară largă în economia națională, a căror creare a devenit posibilă datorită lucrării lui A. M. Butlerov asupra teoriei structurii chimice a compușilor organici; S. V. Lebedev, care a fundamentat producția industrială de cauciuc sintetic; V. A. Kargin, care a efectuat studii structurale ale materialelor polimerice și altele.

În construcțiile navale sunt utilizate o varietate de materiale, al căror număr crește în fiecare an.

Materialul este selectat în funcție de cerințele pentru vas, structură sau piesă (rezistență mecanică, durabilitate, eficiență, fiabilitate etc.). Datorită alegerii corecte, puteți crește fiabilitatea și durabilitatea navei, puteți crește viteza și capacitatea de încărcare a acestuia, puteți reduce greutatea, puteți reduce costurile de operare, puteți reduce costurile și crește productivitatea muncii în timpul construcției.

Stăpânirea științei materialelor va ajuta la rezolvarea problemei adecvării unui material pentru anumite scopuri.

În contextul progresului științific și tehnologic, este deosebit de important să se dezvolte

domeniile sale definitorii ale științei, tehnologiei și producției. Practic nu există nicio ramură a ingineriei mecanice, fabricarea instrumentelor și construcții în care să nu fie folosită sudarea și tăierea metalelor. Cu ajutorul sudării, se obțin îmbinări permanente ale aproape tuturor metalelor și aliajelor de diferite grosimi - de la sutimi de milimetru până la câțiva metri.

Influența impurităților nocive de sulf, fosfor și incluziuni nemetalice asupra calității oțelului

Oțelul este un aliaj de fier și carbon, în care conținutul de carbon este de până la 2,14%. Oțelul conține întotdeauna alte elemente - impurități care intră în aliaj din compuși naturali și din fier vechi în timpul procesului de dezoxidare: mangan, siliciu, sulf, fosfor, nichel, cupru, crom, arsen și altele.

Impuritățile din oțel sunt împărțite în permanente, aleatorii și dăunătoare. Calitatea oțelului este determinată de conținutul de impurități nocive.

Principalele impurități dăunătoare sunt sulful și fosforul. „Sulful și fosforul sunt principalii inamici cu care au de-a face metalurgiștii metalelor feroase” (A.A. Baikov).

Impuritățile nocive includ și incluziuni nemetalice - gaze (azot, oxigen, hidrogen), cu excepția arsenului, ele sunt prezente în toate oțelurile. Aceste impurități sunt dăunătoare în primul rând deoarece o creștere a conținutului lor reduce rezistența produselor laminate la fracturile fragile de diferite naturi; aceste impurități au un efect deosebit de nociv asupra proprietăților oțelurilor operate la temperaturi scăzute. Una dintre sarcinile importante ale metalurgiei moderne este reducerea conținutului lor la un minim rezonabil.

Sulful (S) intră în oțel din fontă (din cenușă și minereu).

S - 0,035 - 0,06% (0,018% S - oțel de calitate). Sulful este insolubil în fier; formează compusul FeS cu fierul. Acest compus formează un eutectic cu punct de topire scăzut cu fierul cu un punct de topire - Tm = 988 °C.

Prezența eutecticului provoacă fragilitate roșie, adică. fragilitate la temperaturi ridicate. Când este încălzit la 1000-1200? C, eutecticul, situat de-a lungul granițelor de granule, se topește și în timpul deformării (OMD), în oțel apar rupturi și fisuri. Odată cu el se formează sulf

eutemctic ( greacă yutektos -- se topește ușor) -- sistem lichid ( soluţie sau topi), care la o presiune dată este în echilibru cu fazele solide, al căror număr este egal cu numărul de componente ale sistemului.

Prin urmare, atunci când semifabricatele de oțel sunt încălzite pentru deformare plastică, oțelul devine casant. În timpul deformării plastice la cald, piesa de prelucrat

este distrus. Acest fenomen se numește fragilitate roșie. Sens unic

reducerea influenței sulfului este introducerea manganului. Aceste incluziuni sunt din plastic și nu provoacă fragilitate roșie.

Sulful este îndepărtat din oțel folosind mangan. Manganul are o afinitate mai mare pentru sulf decât pentru fier și formează compusul MnS cu un punct de topire ridicat Ttopire = 1620°C:

FeS + Mn > MnS + Fe.

Sulful și compușii săi la temperaturi camere și scăzute ajută la reducerea tenacității la impact a oțelului, deoarece distrugerea metalului are loc de-a lungul incluziunilor de sulfuri (prin urmare, duritatea la impact a metalului (KCU) scade) (Fig. 5).

Figura 5. Efectul sulfului asupra proprietăților ductile ale oțelului

Sulful reduce, de asemenea, plasticitatea - d, w%.

Incluziunile de sulf afectează sudarea și rezistența la coroziune. Sulful facilitează prelucrabilitatea.

Fosforul (P) este conținut în intervalul 0,025-0,045% P. Intră în oțel în timpul procesului de producție din minereu, combustibil și fluxuri.

Fosforul ocupă un loc special printre alte elemente, a căror prezență afectează negativ calitatea oțelului. Pe de o parte, fosforul este un element de aliere care întărește foarte mult ferita și crește rezistența la coroziune a produselor laminate în condiții atmosferice; pe de altă parte, un conținut crescut de fosfor în oțel determină apariția fragilității, o scădere a rezistenței la impact și a rezistenței la rupere fragilă, precum și o creștere a tendinței de a forma fisuri de cristalizare în timpul sudării.

Dizolvat în ferită, fosforul distorsionează foarte mult rețeaua și crește limitele de rezistență și fluiditate, dar reduce ductilitatea și tenacitatea. Efectul puternic de întărire al fosforului se explică prin faptul că în ferită înlocuiește atomii de fier, iar din moment ce atomul său este mai mare decât atomii de fier, aceasta duce la o întărire semnificativă, dar și la fragilizare. În plus, fosforul previne microalunecarea transversală, crescând astfel tendința de alunecare pe microplan, în timp ce numărul planurilor de alunecare scade, în special odată cu scăderea temperaturii, iar tendința fierului de a înfrățire crește, de asemenea.

Cu cât este mai mult fosfor în oțel, cu atât scăderea vâscozității este mai semnificativă.

Fosforul crește semnificativ pragul de fragilitate la rece.

Fiecare 0,01% P crește pragul de fragilitate la rece al oțelului cu 20 - 25 °C (pentru carbon, fiecare 0,1% are același efect).

Fosforul are o mare tendință la segregare (eterogenitatea distribuției). Fosforul se acumulează în straturile mijlocii ale lingoului, de-a lungul limitelor de cereale, reducând foarte mult rezistența la impact.

Fosforul (P) - întărește legăturile covalente (casabile) și le slăbește pe cele metalice. Pe măsură ce temperatura scade, fragilitatea metalului crește (fragilitate la rece) (Fig. 6). Fosforul face ca oțelul să fie mai ușor de lucrat cu sculele de tăiere (creând fragilitate). Prezența combinată a fosforului și a cuprului (P + Cu) în oțel crește rezistența la coroziune.

Figura 6. Efectul fosforului asupra fragilității la rece a oțelului (0,2% C, 1% Mn)

Impurități ascunse:

Acesta este denumirea dată gazelor prezente în oțel - azot, oxigen, hidrogen - din cauza dificultății de determinare a cantității acestora. Gazele pătrund în oțel în timpul topirii acestuia.

În oțelul dur pot fi prezente, fie dizolvându-se în ferită, fie formând un compus chimic (nitruri, oxizi). Gazele pot fi, de asemenea, în stare liberă în diverse discontinuități.

Chiar și în cantități foarte mici, azotul, oxigenul și hidrogenul afectează foarte mult proprietățile plastice ale oțelului. Conținutul lor în oțel este permis

0,2 - 0,4%. Ca urmare a evacuării oțelului, conținutul acestora scade și proprietățile se îmbunătățesc.

Oxigen (O2): formează incluziuni nemetalice oxizi - FeO, MnO, Al2O3, SiO2.

Azotul (N2): formează nitruri - Fe4N, Fe2N, AlN.

Oxigenul și azotul în formă liberă sunt localizate în cavități, fisuri etc. Aceste incluziuni reduc semnificativ rezistența la impact, măresc pragul de fragilitate la rece și reduc ductilitatea, crescând în același timp rezistența oțelului (Fig. 7).

Figura 7. Efectul impurităților interstițiale ale oxigenului (a) și azotului (b) asupra proprietăților vâscoase ale fierului

Hidrogen (H2): în timpul solidificării, o parte din hidrogenul în stare atomică rămâne în oțel. Când hidrogenul atomic se transformă în hidrogen molecular, presiunea crește la 150 MPa, formând depresiuni elipsoidale - fulgi, care sunt un defect ireparabil. Floturile contribuie la fragilizarea severă a oțelului.

Hidrogenul poate fi îndepărtat parțial din stratul de suprafață prin încălzire la 150-180 °C, cel mai bine într-un vid de ~ 10-2 - 10-3 mm. rt. Artă. sau încălzirea la 800? C și menținerea, hidrogenul pleacă și rămâne metalul pur.

Prelucrarea oțelului cu zgură sintetică

Tehnologia este utilizată în cuptoarele de mare capacitate cu o capacitate de 60-200 de tone în atelierele care au un cuptor special pentru topirea zgurii sintetice. Prelucrarea oțelului cu zgură sintetică este după cum urmează. Înainte de eliberarea oțelului din unitatea de topire, 3...5% din greutatea oțelului este turnată în oala de turnare de zgură lichidă care conține 55% CaO, 42% Al2O3, până la 3% SiO2 și 1% FeO. La umplutură se adaugă până la 25% fontă, var (1,5-3,5%) și minereu de fier (2-3%). După topire, baia este purjată cu oxigen. Se drenează zgura de oxidare, se adaugă metalului feromangan, contandu-se pe limita inferioară a conținutului de mangan din oțelul care se topește, și ferosiliciu la rata de introducere a 0,15-0,20% siliciu. Apoi, se adaugă o cantitate mică (~ 1% din greutatea metalului) de zgură calcaroasă cu adăugarea de var, argilă refractară și spat fluor. Nu există o perioadă de recuperare ca atare, în schimb se efectuează finisare pe termen scurt (~ 30 min), în care oțelul este adus la temperatura și compoziția specificate prin introducerea aditivilor de aliere necesari. Dezoxidarea zgurii nu se efectuează.

Înainte de eliberarea oțelului, 80-90% din zgură este drenată din cuptor. În continuare, oțelul este eliberat într-o oală cu zgură sintetică turnată în el, ceea ce asigură rafinarea metalului din sulf și incluziuni nemetalice. În timpul atingerii, în oală sunt introduse ferosiliciu și, dacă este necesar, ferotitan și ferovanadiu. De obicei, se folosește zgură sintetică de var-alumină (~ 55% CaO și 45% Al2O3), care se toarnă în oală într-o cantitate de 4-6%.

Apoi oțelul topit este eliberat în oală de la o înălțime cât mai mare cu un jet puternic. Ca rezultat al amestecării intense a oțelului și a zgurii, suprafața interacțiunii lor crește de sute de ori în comparație cu cea disponibilă în cuptor. Prin urmare, procesele de rafinare sunt accelerate brusc și nu mai necesită 1,5...2 ore, ca de obicei într-un cuptor, ci aproximativ cât este nevoie pentru a elibera topitura.

Oțelul rafinat cu zgură sintetică are un conținut scăzut de oxigen, sulf și incluziuni nemetalice, ceea ce îi conferă ductilitate și duritate ridicate.

Retopirile de rafinare includ: electrozgură, arc de vid, arc de plasmă, fascicul de electroni etc.

2. Pe baza schiței piesei (Fig. 7), dezvoltați o schiță a turnării cu instrucțiuni de model și turnătorie, furnizați schițe ale modelului, cutiei de miez și matriței de turnare asamblate (vedere în secțiune). Descrieți succesiunea realizării unei matrițe folosind metoda turnării manuale.

Material piesa - otel 45L

Tip de livrare turnare GOST 977-75.

Înlocuitor de oțel: 35L, 55L, 50L, 40L.

turnare turnare oțel amestec

Tabelul 1 - Compoziția chimică a oțelului 45L

Principalele componente și notații
Simboluri în calitate de oțel	Desemnarea elementelor conform tabelului periodic		Compoziția în material %
Alte componente
		mangan
			Nu mai mult de 0,3
			Nu mai mult de 0,3
			Nu mai mult de 0,3
			Nu mai mult de 0,045
			Nu mai mult de 0,04

prelucrarea unei piese metalice prin presiune prin compresie între rolele rotative ale unei laminoare pentru a reduce secțiunea transversală a lingoului sau a piesei de prelucrat și a le da forma dorită. La întreprinderile metalurgice se realizează în două etape. În primul rând, lingourile sunt încălzite și laminate pe mori de sertizare într-o țagle. Dimensiunile și forma piesei de prelucrat depind de scopul acesteia: pentru laminarea tablei și benzilor de metal se folosesc piese dreptunghiulare cu o lățime de 400-2500 mm și o grosime de 75-600 mm, numite plăci; pentru metal de înaltă calitate - semifabricate cu secțiune pătrată cu dimensiuni cuprinse între 600-5.600 mm și 400-5.400 mm, iar pentru țevi laminate solide - secțiune rotundă cu un diametru de 80--350 mm. Apoi țagla rezultată este laminată în produse comerciale din oțel în trei tipuri principale de mori: tablă, secțiune și țeavă. Tablele de oțel cu grosimea de la 4 până la 50 mm și plăcile cu grosimea de până la 350 mm sunt laminate pe mori de plăci sau blindaje, iar foile cu grosimea de la 1,2 până la 20 mm sunt laminate pe mori continue, de unde ies în sub formă de benzi lungi (mai mult de 500 m) care sunt înfășurate în rulouri. Foile cu grosimea mai mică de 1,5-3 mm se rulează la rece. Laminarea metalului de înaltă calitate se realizează cu încălzire la 1100-1250 °C secvenţial în mai multe etape pentru a aduce treptat secţiunea transversală a piesei iniţiale mai aproape de secţiunea transversală a profilului finit. Laminarea țevilor este de obicei efectuată în stare fierbinte și include trei operațiuni principale. Prima operație (piercing) este formarea unei găuri într-o piesă de prelucrat sau un lingot; rezultatul este o țeavă cu pereți groși numită manșon. Operația se efectuează pe așa-numitul. laminoare cu şuruburi perforatoare. A doua operație (laminare) este prelungirea manșonului și reducerea grosimii peretelui acestuia; executat pe diverse laminoare: continuu, pelerin, laminare cu surub etc. A treia operatie este calibrarea (sau reducerea) tevilor dupa laminare; efectuate pe mori de calibrare. Pentru a reduce grosimea peretelui și diametrul țevii, obțineți proprietăți mecanice superioare, o suprafață netedă și dimensiuni precise, după laminare la cald, țevile sunt laminate la rece în mori speciale. După ce rularea este finalizată, produsele rezultate sunt tăiate în bucăți de lungimea necesară și supuse unui tratament termic, de exemplu. recoacerea (dacă este necesar) și verificarea calității acestora.

Din ser. Secolului 20 Laminarea țaglelor de oțel este înlocuită cu turnare continuă (turnare) pe mașini speciale de turnare. Datorită utilizării turnării continue a oțelului, plăcile și florile sunt eliminate, calitatea produselor laminate este îmbunătățită, iar pierderile asociate procesării lingourilor, ajungând la 15-20%, sunt eliminate.

Pe baza schiței piesei finite (Fig. 21), elaborați o diagramă a procesului tehnologic de producere a acesteia folosind metoda de forjare cu matriță la cald cu un ciocan cu abur-aer. Când efectuați lucrări, ar trebui:

1) descrieți esența procesului de forjare cu matriță la cald și indicați domeniul de aplicare al acestuia;

2) desenați o diagramă a ciocanului și descrieți funcționarea acestuia;

3) stabiliți intervalul de temperatură pentru ștanțare și metoda de încălzire a piesei de prelucrat;

4) întocmește un desen al forjării și determina masa acestuia;

5) enumerați toate deșeurile tehnologice, determinați volumul și lungimea piesei originale;

6) selectați tranzițiile de ștanțare și furnizați o schiță a instrumentului,

7) enumerați operațiunile de proces tehnologic necesare pentru obținerea acestei forjare,

8) descrieți mecanismul procesului de ștanțare

1. Forjarea la cald este procesul de deformare la cald în care fluxul de metal este limitat la cavitatea fluxului de matriță.

Curgerea metalului are loc ca urmare a forței mașinii-unelte prin matrița de pe piesa de prelucrat. Pentru orice metodă de forjare cu matriță la cald, unealta este o ștampilă. Ștampila constă întotdeauna din două sau mai multe părți. Suprafețele unde părțile matriței vin în contact unele cu altele se numesc planuri de separare. Pe planurile de despărțire există cavități, care sunt ca o amprentă a viitoarei forjare, care se numesc fluxuri. Piesa de prelucrat încălzită la o stare plastică este plasată în flux atunci când ștampila este deschisă. Când părțile matriței se unesc, metalul piesei de prelucrat începe să curgă, umple fluxul și ia forma forjarii. Piesele forjate produse prin forjare cu matriță la cald au forma unei piese finite cu mici adaosuri pe suprafețele de prelucrat. Forjarea cu matriță la cald este avantajoasă în mediile de producție pe scară largă și în masă și este produsă în ateliere de forjărie. Această metodă este utilizată pe scară largă pentru a produce piese forjate de diferite forme cu o greutate de la 0,5 la 350 kg, iar cu echipamente specializate este posibilă producerea de forjare cu o greutate de până la 1 tonă.

Avantajele forjarii cu matriță la cald sunt următoarele:

uniformitatea și acuratețea pieselor forjate,

performanta ridicata,

posibilitatea producerii de forjare de configuratie complexa.

Principalul dezavantaj al procesului este costul ridicat al ștampilei. Folosind forjarea cu matriță la cald, este posibil să se producă piese forjate din toate metalele și aliajele care au ductilitate în stare fierbinte.

Aceste metode produc produse din metal, plastic și alte materiale de forme și dimensiuni foarte diferite, cu diferite grade de precizie dimensională, caracteristici mecanice și alte caracteristici și calitate a suprafeței. Prin urmare, producția de forjare și ștanțare este utilizată pe scară largă în inginerie mecanică și fabricarea de instrumente, în producția de bunuri de larg consum și în alte sectoare ale economiei naționale. Producerea de produse prin forjare și ștanțare face posibilă aducerea formei originale a piesei de prelucrat cât mai aproape de forma și dimensiunile piesei finite și, prin urmare, reducerea sau eliminarea completă a operațiunilor costisitoare cu pierderea metalului în așchii.

2. Principalele tipuri de ciocane pentru forjare sunt antrenate - abur-aer și pneumatice.

Principalul tip de ciocane sunt ciocanele de ștanțare abur-aer. La ciocanele cu acțiune simplă (Fig. 9), aburul (aerul comprimat) servește doar la ridicarea părților care cad în poziția superioară. Cursa de lucru (cursa în jos) se execută la aceste ciocane numai sub influența greutății pieselor care cad.

Orez. 9. Diagrama unui ciocan cu abur-aer cu acțiune simplă: 1 - orificiu pentru trecerea aerului, 2 - cilindru de lucru, piston, 3 - tijă, 4 - mamă, 5 - percutor superior (ștampilă), 7 - percutor inferior (ștampilă) , 8 -- tampon de timbru, 9 -- chabot
Orez. 10. Diagrama unui ciocan cu abur-aer cu dublă acțiune:
1 - piston, 2 - tija, 3 - femeie, 4 - percutor superior (ștampilă), 5 - percutor inferior (ștampilă). 6 -- shabot

La ciocanele cu dublă acțiune (Fig. 10), aburul sau aerul comprimat nu numai că ridică piesele în poziția superioară, ci și apasă pe piston de sus în timpul cursei de lucru. Astfel, crește forța de impact, accelerând piesele care cad la o viteză mai mare.

La ciocanele cu acțiune simplă, ciclul de lucru începe cu alimentarea cu abur sau aer comprimat din conductă în cavitatea inferioară a cilindrului de lucru 2 (vezi Fig. 9). Acționând asupra pistonului 3, purtătorul de energie îl forțează să se miște în sus. La pistonul 3 este legată o tijă 4, la capătul inferior căreia este atașat un cap 5. Pe capul 5 este instalat un percutor superior 6. Astfel, atunci când se introduce abur sau aer comprimat, toate piesele care cad se ridică în sus.

Lângă capacul superior de-a lungul circumferinței cilindrului există găuri L prin care aerul de deasupra pistonului iese în atmosferă.
Când pistonul 3, care se ridică în sus, ajunge la găurile 1 și le blochează, deasupra pistonului apare un spațiu închis. Odată cu cursa în sus a pistonului, aerul din acest spațiu va fi comprimat. Astfel, se creează o pernă de aer, care asigură frânarea lină a pistonului în poziția superioară.

Când femeia se ridică la o înălțime suficientă, mecanismul de distribuție a aburului încetează să furnizeze energie cilindrului și aerul de sub piston este eliberat în atmosferă. Presiunea din cilindru scade brusc. Sub influența propriei greutăți, piesele mobile cad și percutorul 6 lovește piesa de prelucrat, care este plasată pe percutorul inferior 7 (ștampilă). Este fixat într-o matriță 8 așezată pe o placă 9.

Ciocanele cu acțiune simplă au un design simplu și sunt fiabile în funcționare. Cu toate acestea, au dezavantaje: consumul de energie este mare, este dificil să se regleze viteza de mișcare a ciocanului și, prin urmare, forța loviturii; în sfârșit, să furnizeze o lovitură de aceeași forță ca cea a unui ciocan cu dublă acțiune. , masa pieselor mobile ale unui ciocan cu acțiune simplă trebuie să fie mult mai mare. Prin urmare, ciocanele cu acțiune simplă au fost înlocuite recent cu ciocane cu acțiune dublă mai avansate. Ciocan aerian. Cel mai comun design al unui astfel de ciocan este prezentat în diagrama următoare. În cadrul turnat 10 există doi cilindri - compresorul 9 și lucrul 5, ale căror cavități comunică prin bobinele 7 și 6. Pistonul 8 al cilindrului compresorului este deplasat de tija 14 de la manivela 15, rotită de motorul electric 13 prin roți dințate. 11 și 12 (cutie de viteze). Când pistonul se mișcă în cilindrul compresorului, aerul este comprimat alternativ în cavitățile sale superioare și inferioare. Aerul, comprimat la 0,2-0,3 MN/m, atunci când apăsați pedala sau mânerul care deschide bobinele 7 și 6, intră prin ele în cilindrul de lucru 5. Aici acționează asupra pistonului 4 al cilindrului de lucru. Pistonul 4, realizat dintr-o bucată cu o tijă masivă, este în același timp un cap de ciocan, de care este atașat percutorul superior 3. Ca urmare, piesele care cad 3 și 4 se deplasează periodic în sus și în jos și lovesc piesa de prelucrat așezată. pe percutorul inferior 2, care este fixat fix pe un ciocan masiv 1. În funcție de poziția comenzilor, ciocanul poate elibera lovituri simple și automate de energie controlată, poate funcționa la turație de ralanti, poate apăsa forțat forjarea pe percutorul inferior și ține ciocanul suspendat.

Ciocanele pneumatice sunt folosite pentru forjarea pieselor forjate mici (până la aproximativ 20 kg) și sunt fabricate cu o masă de piese în cădere de 50-1000 kg.

Schema unui ciocan pneumatic.

3. În timpul deformării la cald, ductilitatea metalului este mai mare, iar rezistența la deformare este mai mică, deci este însoțită de costuri energetice mai mici. Încălzirea metalului în timpul OMD afectează calitatea și costul produsului. Cerințe de bază pentru încălzire: este necesar să se încălzească uniform piesa de prelucrat de-a lungul secțiunii și lungimii sale la temperatura corespunzătoare în timp minim, cu cea mai mică pierdere de metal în scară și un consum economic de combustibil. Încălzirea necorespunzătoare provoacă diverse defecte: fisuri, decarburare, oxidare crescută, supraîncălzire și ardere.

Încălzirea lentă reduce productivitatea și crește oxidarea și decarburarea suprafeței piesei de prelucrat. La supraîncălzire (încălzire peste intervalul OMD optim), are loc creșterea boabelor, ceea ce reduce proprietățile mecanice. Se corectează prin recoacere normală prin încălzire la temperatura optimă, menținere și apoi răcire lent cu cuptorul. În caz de burnout, de ex. când sunt încălzite la o temperatură apropiată de punctul de topire, limitele de cereale se topesc și apar fisuri, ceea ce este un defect ireparabil.

Fiecare metal și aliaj are propriul său interval de temperatură specific pentru tratarea sub presiune la cald, care este selectat din tabele în funcție de gradul aliajului. Deci, de exemplu, pentru oțelurile carbon, temperatura de început a deformării la cald este aleasă conform diagramei de fază fier-cementită la 100 - 200 °C sub punctul de topire al oțelului cu o compoziție chimică dată și temperatura sfârșitul deformării este considerat a fi cu 50 - 100 °C peste temperatura de recristalizare.

Înainte de tratarea sub presiune, țaglele și lingourile sunt încălzite în forje sau cuptoare. Cuptoarele diferă de cuptoarele de încălzire prin dimensiunea lor mică; sunt încălzite cu cărbune, cocs sau păcură; metalul este încălzit în ele prin contact direct cu combustibilul. Sunt folosite pentru a încălzi piesele mici în timpul forjarii manuale. Cuptoarele pentru încălzirea pieselor de prelucrat sunt împărțite în flacără și electrice, iar în funcție de distribuția temperaturii - în cameră și metodică. În cuptoarele cu cameră - cuptoarele de încălzire periodică - temperatura este aceeași în întreg spațiul de lucru. Cuptoarele metodice cu o temperatură în continuă creștere a spațiului de lucru de la locul de încărcare a pieselor de prelucrat până la locul de descărcare sunt cuptoare continue.

Proprietăți mecanice la T=20 °C pentru 45L

Proprietăți fizice pentru 45L

			W/(m grade)		J/(kg grade)

Proprietăți tehnologice pentru 45L

Turnătorie și proprietăți tehnologice pentru 45L

Compoziție chimică în % pentru 45L

Oțelul turnat obișnuit este utilizat pentru producția de cadre, angrenaje și jante, discuri de frână, cuplaje, carcase, roți de drum, pinioane etc. - piese care necesită rezistență crescută și rezistență ridicată la uzură și funcționează sub sarcini statice și dinamice.

Greu de sudat - pentru a obține îmbinări sudate de înaltă calitate, sunt necesare operații suplimentare: încălzire la 200-300°C în timpul sudării, tratament termic după sudare - recoacere

Substitui: 35L, 55L, 50L, 40L

Proprietăți mecanice în secțiuni de până la 100 mm (GOST 977-75)

Tabelul 26 Temperaturile de topire și turnare ale aliajelor de turnare

Pentru a obține piese turnate de înaltă calitate, matrițele sunt umplute cu

respectarea anumitor cerințe, ai căror indicatori sunt:

a) temperatura de topire;

b) durata umplerii matriţei;

c) natura topiturii care intră în matriță;

d) gradul de umplere a vasului de colectare cu topitura;

e) înălțimea jetului;

f) umplerea la timp a matriței; împiedicând pătrunderea în matriță a zgurii și incluziunilor nemetalice.

Temperatura de turnare a topiturii în matriță este determinată în principal de proiectarea pieselor turnate. Cu cât grosimea peretelui este mai mică și dimensiunile totale ale turnării sunt mai mari, cu atât temperatura topiturii turnate trebuie să fie mai mare. Pentru a reduce contracția, piese turnate masive sunt turnate cu o topitură la o temperatură mai scăzută.

3. Principii unificate pentru standardizarea sistemelor de admitere și aterizare

Un sistem de toleranțe și aterizări este un set de serii de toleranțe și aterizări, construite în mod natural pe baza experienței, cercetărilor teoretice și experimentale și formalizate sub formă de standarde.

Sistemul este proiectat pentru a selecta opțiunile minime necesare, dar suficiente pentru practică, pentru toleranțe și potriviri ale conexiunilor tipice ale pieselor mașinii, face posibilă standardizarea sculelor de tăiere și calibrelor, facilitează proiectarea, producția și realizarea interschimbabilității produselor și a acestora. piese și, de asemenea, îmbunătățește calitatea acestora.

În prezent, majoritatea țărilor din lume folosesc sisteme de toleranță și aterizare ISO. Sistemele ISO au fost create pentru a unifica sistemele naționale de toleranță și potrivire pentru a facilita conexiunile tehnice internaționale în industria metalurgică. Includerea recomandărilor internaționale ISO în standardele naționale creează condiții pentru asigurarea interschimbabilității pieselor, componentelor și produselor similare fabricate în țări diferite. Uniunea Sovietică a aderat la ISO în 1977, apoi a trecut la un sistem unificat de toleranțe și aterizări (USDP) și reguli de bază de interschimbabilitate, care se bazează pe standardele și recomandările ISO.

Standardele de bază de interschimbabilitate includ sisteme de toleranțe și potriviri pentru piese cilindrice, conuri, chei, filete, roți dințate etc. Sistemele de toleranță și potrivire ISO și ESDP pentru piesele standard ale mașinii se bazează pe principii comune de proiectare, inclusiv:

sistem de formare a aterizărilor și tipuri de interfețe;

sistemul de abateri principale;

niveluri de precizie;

unitate de toleranță;

domenii preferate de toleranțe și aterizări;

intervale și intervale de dimensiuni nominale;

temperatura normala.

Sistemul de formare a potrivirilor și a tipurilor de mate prevede potriviri în sistemul de orificii (SA) și în sistemul de arbore (SV).

Fitingurile într-un sistem de orificii sunt fitinguri în care se obțin diferite goluri și tensiuni prin conectarea diferiților arbori la gaura principală (Fig. 3.1, a).

Fixările din sistemul arborelui sunt potriviri în care se obțin diferite goluri și interferențe prin conectarea diferitelor găuri la arborele principal (Fig. 3.1, b).

Orez. 3.1. Exemple de amplasare a câmpurilor de toleranță pentru aterizări: a - în sistemul de găuri; b - în sistemul arborelui

Pentru toate potrivirile în sistemul de găuri, abaterea inferioară a găurii EI = 0, adică limita inferioară a câmpului de toleranță al găurii principale, coincide întotdeauna cu linia zero. Pentru toate potrivirile în sistemul arborelui, abaterea superioară a arborelui principal este es = 0, adică limita superioară a toleranței arborelui coincide întotdeauna cu linia zero.

Câmpul de toleranță al găurii principale este stabilit în sus, câmpul de toleranță al arborelui principal este stabilit în jos de la linia zero, adică în materialul piesei.

Sistemul abaterilor principale este o serie de abateri principale ale arborilor în SA și găurilor în SV, desemnate respectiv prin litere mici și majuscule ale alfabetului latin, de exemplu a, b, ..., zb, zc; A, B, …, ZB, ZC.

Valoarea abaterii principale este determinată de litera corespunzătoare și depinde de dimensiunea nominală.

În sistemele de toleranțe și potriviri ale diferitelor tipuri de piese, se stabilește un număr diferit de abateri principale; cel mai mare număr dintre ele este conținut în sistemul de toleranțe și potriviri ale pieselor cilindrice netede.

Nivelurile de precizie pot fi numite diferit: grade de precizie - pentru piese netede, grade de precizie - pentru piese filetate și roți dințate, sau clase de precizie - pentru rulmenți, dar în orice caz ele determină nivelul necesar de precizie al pieselor pentru a-și îndeplini funcțiile. Nivelurile de precizie sunt indicate, de regulă, prin cifre arabe; cu cât numărul este mai mic, cu atât este mai mare nivelul de precizie, de exemplu. mai precis un detaliu.

Unitatea de toleranță este dependența toleranței de mărimea nominală, care este o măsură a preciziei, reflectând influența factorilor tehnologici, de proiectare și metrologici. Unitățile de toleranță în sistemele de toleranță și potrivire sunt stabilite pe baza studiilor privind precizia prelucrării pieselor. Valoarea toleranței poate fi calculată folosind formula T = a·i, unde a este numărul de unități de toleranță, în funcție de nivelul de precizie (calitate sau grad de precizie); i - unitate de toleranță.

Câmpurile de toleranță și potrivirile preferate sunt un set de câmpuri de toleranță selectate dintre cele mai frecvent utilizate în producția de produse și potriviri sau tipuri de mate alcătuite din acestea. Aceste câmpuri de toleranță și potrivire constituie o serie de cele preferate și recomandate și ar trebui utilizate în primul rând la proiectarea produselor.

Intervalele și intervalele de dimensiuni nominale țin cont de influența factorului de scară asupra valorii unității de toleranță. Într-un interval de mărime, dependența unității de toleranță de dimensiunea nominală este constantă. De exemplu, în sistemul de toleranțe și potriviri ale pieselor netede pentru intervalul de dimensiuni de la 1 la 500 mm, unitatea de toleranță este egală; pentru intervalul de dimensiuni de la 500 la 3150 mm, unitatea de toleranță este i = 0,004D + 2,1.

Pentru a construi serii de toleranță, fiecare dintre intervalele de mărime, la rândul său, este împărțit în mai multe intervale. Deoarece nu este fezabil din punct de vedere economic să se atribuie o toleranță pentru fiecare dimensiune nominală pentru toate dimensiunile combinate într-un singur interval, se presupune că valorile toleranței sunt aceleași. În formulele pentru unitățile de toleranță din sistemele ISO și ESDP, media geometrică a dimensiunilor extreme ale fiecărui interval este înlocuită ca dimensiuni.

Dimensiunile sunt distribuite pe intervale astfel încât toleranțele calculate din valorile extreme din fiecare interval să difere de toleranțele calculate din valoarea medie a diametrului în același interval cu cel mult 5-8%.

Temperatura normală la care se determină toleranțele și abaterile stabilite de standarde se presupune a fi de + 20 °C (GOST 9249-59). Această temperatură este apropiată de temperatura spațiilor de lucru ale spațiilor industriale. Calibrarea și certificarea tuturor măsurilor și instrumentelor de măsurare liniare și unghiulare, precum și măsurătorile precise, ar trebui să fie efectuate la temperatură normală, abaterile de la aceasta nu trebuie să depășească valorile admise conținute în GOST 8.050-73 (Sistemul de măsurare a statului). ).

Temperatura piesei și a instrumentului de măsură în momentul controlului trebuie să fie aceeași, ceea ce se poate realiza prin menținerea în comun a piesei și a instrumentului de măsură în aceleași condiții (de exemplu, pe o placă de fontă). Dacă temperatura aerului din camera de producție, partea controlată și instrumentul de măsurare sunt stabilizate și egale cu 20 ° C, nu există nicio eroare de măsurare a temperaturii pentru orice diferență a coeficienților de temperatură de expansiune liniară. Astfel, pentru a elimina erorile de temperatură, este necesar să se mențină condiții normale de temperatură în incinta laboratoarelor de măsurare, atelierelor de scule, mecanică și asamblare.

Postat pe www.allbest.

...

Documente similare

Măsurătorile și înregistrarea durității Vickers: avantajele și dezavantajele metodei. Caracteristici comparative ale metodelor de turnare a oțelului. Elaborarea unei schițe de turnare cu model și instrucțiuni de turnătorie. Tehnologia, echipamentele și domeniul de aplicare al forjării deschise.

test, adaugat 20.01.2012


Oțelurile carbon ca principale produse ale metalurgiei feroase, caracteristicile compoziției și componentele lor. Influența concentrației de carbon, siliciu și mangan, sulf și fosfor din aliaj asupra proprietăților oțelului. Rolul azotului, oxigenului și hidrogenului, impuritățile din aliaj.

test, adaugat 17.08.2009


Influența incluziunilor nemetalice asupra fiabilității și durabilității mașinilor și mecanismelor. Clasificarea incluziunilor nemetalice. Influența topiturii de rafinare asupra contaminării oțelului. Caracteristicile metalografice de bază ale incluziunilor nemetalice.

lucrare practica, adaugata 23.01.2012


Limitați dimensiunile, toleranțele, interferența sau spațiile libere. Construirea diagramelor de câmp de toleranță. Tipuri și sistem de plantare. Determinarea toleranțelor și potrivirilor pentru elementele netede ale pieselor conform OST, conform ESDP CMEA. O potrivire prin interferență în sistemul de găuri. Toleranță de potrivire tranzițională.

test, adaugat 26.02.2014


Calculul și selectarea aterizărilor rulmenților. Selectarea aterizărilor pentru împerecherea nodului și calculul acestora. Construirea câmpurilor de toleranță și calculele dimensiunilor calibrelor de lucru. Determinarea și selectarea jocului și a potrivirii prin interferență. Calculul lanțului dimensional folosind metoda probabilistică.

lucrare de curs, adăugată 10.09.2011


Selectarea materialului piesei, descrierea schiței și evaluarea capacității de fabricație a designului. Dezvoltarea unui proces tehnologic pentru producerea pieselor turnate din oțel prin turnare în matrițe de nisip unice. Precizia turnării și determinarea toleranțelor pe dimensiunile sale, pante de turnare.

lucrare curs, adăugată 26.02.2015


Caracteristici ale selecției toleranțelor și potrivirilor pentru îmbinările cilindrice netede, selectarea câmpurilor de toleranță pentru piesele care se potrivesc cu rulmenți. Selectarea toleranțelor și a potrivirilor pentru îmbinările cu cheie și canelare. Calculul toleranțelor dimensionale pentru un lanț dimensional dat.

lucrare de curs, adăugată 31.05.2010


Calculul și selectarea potrivirilor pentru îmbinări cilindrice netede. Metoda analogică, calculul potrivirii prin interferență. Selectarea toleranțelor și potrivirilor pentru conexiuni complexe. Cerințe pentru precizia dimensiunilor, formei, locației și rugozității suprafeței pe desenul de lucru.

rezumat, adăugat 22.04.2013


Determinarea legăturilor componente și schițarea lanțului dimensional. Calculul lanțurilor dimensionale folosind metoda maxim-minim: o metodă de toleranțe egale și aceeași calitate. Metoda interschimbabilității grupurilor. Justificarea toleranțelor cerute pentru rulmenți.

lucrare curs, adaugat 24.09.2013


Studierea caracteristicilor diferitelor conexiuni ale pieselor: cu interferență, cu joc. Tehnici de efectuare a calculelor pentru structurile portante, selectarea toleranțelor standard și a potrivirilor necesare pentru o fabricație mai precisă a pieselor. Efectuarea controlului dimensiunii.

Mangan, siliciu, aluminiu, sulf și fosfor a se referi la impurități permanente. Aluminiul, împreună cu manganul și siliciul, este folosit ca dezoxidant și, prin urmare, sunt întotdeauna prezenți în cantități mici în oțelurile dezoxidate. Minereurile de fier, precum și combustibilul și fluxurile, conțin întotdeauna o anumită cantitate de fosfor și sulf, care rămân în fontă și apoi trec în oţel.

Azot numit ascuns impuritate - pătrunde în oțel în principal din aer.

LA Aleatoriu impuritatile includ cupru, arsenic, staniu, zinc, antimoniu, plumb si alte elemente. Aceștia ajung în oțelul cu sarcină - cu minereuri din diverse zăcăminte, precum și din resturi de fier.

Toate impuritățile - permanente, ascunse și accidentale - sunt inevitabile în diferite grade datorită tehnologiei de producție a oțelului. Astfel, oțelul moale conține de obicei aceste impurități în următoarele limite: 0,3-0,7% mangan; 0,2-0,4% siliciu; 0,01-0,02% aluminiu; 0,01-0,05% fosfor, 0,01-0,04% sulf, 0,-0,2% cupru. În aceste cantități, aceste elemente sunt considerate impurități, iar în cantități mai mari, care sunt adăugate intenționat oțelului, sunt deja considerate elemente de aliere.

Influența fosforului asupra proprietăților oțelurilor

Fosforul (P) se segregă în timpul solidificării oțelului, dar într-o măsură mai mică decât carbonul și sulful. Fosforul se dizolvă în ferită și astfel crește rezistența oțelurilor. Pe măsură ce conținutul de fosfor din oțeluri crește, ductilitatea și tenacitatea acestora scad, iar tendința lor de fragilitate la rece crește.

Solubilitatea fosforului la temperaturi ridicate atinge 1,2%. Odată cu scăderea temperaturii, solubilitatea fosforului în fier scade brusc la 0,02-0,03%. Această cantitate de fosfor este tipică pentru oțeluri, adică tot fosforul este de obicei dizolvat.

Fosforul are o tendință puternică de a se segrega la granițele granulelor, ceea ce duce la fragilitate la temperatură în oțelurile aliate, în special în oțelurile cu mangan, crom, magneziu-siliciu, crom-nichel și crom-mangan. Fosforul, în plus, crește întărirea oțelurilor și, ca și siliciul, încetinește descompunerea martensitei în oțeluri.

Conținutul crescut de fosfor este adesea specificat în oțelurile slab aliate pentru a le îmbunătăți prelucrarea, în special prelucrarea automată.

În oțelurile de structură slab aliate cu un conținut de carbon de aproximativ 0,1%, fosforul crește rezistența și rezistența la coroziune atmosferică.

În oțelurile austenitice crom-nichel, adaosurile de fosfor ajută la creșterea limitei de curgere. În oxidanții puternici, prezența fosforului în oțelurile inoxidabile austenitice poate duce la coroziune la limitele granulelor. Acest lucru se datorează fenomenului de segregare a fosforului de către.

Influența sulfului asupra proprietăților oțelurilor

Sulful nu se dizolvă în fier, astfel încât orice cantitate din el formează sulfură de fier FeS cu fierul. Această sulfură face parte din eutectic, care se formează la 988 °C.

Un conținut crescut de sulf în oțeluri duce la fragilitatea lor roșie din cauza eutecticilor sulfuri cu punct de topire scăzut care apar de-a lungul granițelor de cereale. Fenomen roșu fragilitatea apare la o temperatură de 800 °C, adică la o temperatură roșu otel fierbinte.

Sulful are un efect negativ asupra ductilității, tenacității, sudabilității și calității suprafeței oțelurilor (în special în oțelurile cu conținut scăzut de carbon și mangan).

Sulful are o tendință foarte puternică de a se segrega la limitele cerealelor. Aceasta duce la o scădere a ductilității oțelurilor în stare fierbinte. Cu toate acestea, oțelurilor pentru prelucrare automată se adaugă în mod deliberat 0,08 până la 0,33% sulf. Se știe că prezența sulfului crește rezistența la oboseală a oțelurilor pentru rulmenți.

Prezența manganului în oțel reduce efectele nocive ale sulfului. În oțelul lichid are loc reacția de formare a sulfurei de mangan. Această sulfură se topește la 1620 °C - la temperaturi mult mai mari decât temperatura de prelucrare la cald a oțelurilor. Sulfurile de mangan sunt plastice la temperaturi de prelucrare la cald a otelurilor (800-1200°C) si prin urmare se deforma usor.

Influența aluminiului asupra proprietăților oțelurilor

Aluminiul (Al) este utilizat pe scară largă pentru dezoxidarea oțelului lichid, precum și pentru rafinarea granulelor de lingouri de oțel. Efectele nocive ale aluminiului includ faptul că promovează grafitizarea oțelurilor. Deși aluminiul este adesea considerat o impuritate, este, de asemenea, utilizat în mod activ ca element de aliere. Deoarece aluminiul formează nitruri solide cu azotul, este de obicei un element de aliere în oțelurile nitrurate. Aluminiul crește rezistența oțelurilor la detartrare și, prin urmare, se adaugă oțelurilor și aliajelor rezistente la căldură. În oțelurile inoxidabile cu întărire prin dispersie, aluminiul este utilizat ca element de aliere care accelerează reacția de precipitare a dispersiei. Aluminiul crește rezistența la coroziune a oțelurilor cu conținut scăzut de carbon. Dintre toate elementele de aliere, aluminiul este cel mai eficient pentru controlul creșterii cerealelor la încălzirea oțelurilor pentru călire.

Influența azotului asupra proprietăților oțelurilor

Efectul nociv al azotului (N) este că incluziunile nemetalice destul de mari și fragile pe care le formează - nitruri - înrăutățesc proprietățile oțelului. O proprietate pozitivă a azotului este că este capabil să extindă regiunea austenitică. Azotul stabilizează și înlocuiește parțial nichelul în oțelurile austenitice. Elementele formatoare de nitruri se adaugă vanadiu, niobiu și titan la oțelurile slab aliate. Când sunt controlate prin prelucrare la cald și răcire, ele formează nitruri și carbonitruri fine, care măresc semnificativ rezistența oțelului.

Influența cuprului asupra proprietăților oțelurilor

Cuprul (Cu) are o tendință moderată de segregare. Efectele nocive ale cuprului includ o scădere a fragilității la rece a oțelului. Cu un conținut crescut de cupru, afectează negativ calitatea suprafeței de oțel în timpul prelucrării la cald. Cu toate acestea, cu un conținut de peste 0,20% cupru crește rezistența la coroziune atmosferică, precum și proprietățile de rezistență ale oțelurilor aliate și slab aliate. Cuprul în cantități mai mari de 1% mărește rezistența oțelurilor inoxidabile austenitice la acizii sulfuric și clorhidric, precum și rezistența acestora la coroziune.

Influența staniului asupra proprietăților oțelurilor

Staniul (Sn) este deja dăunător pentru oțeluri în cantități relativ mici. Are o tendință foarte puternică de a se segrega la granițele granulelor și de a provoca fragilitate la temperatură în oțelurile aliate. Staniul are un efect dăunător asupra calității suprafeței lingourilor turnate continuu și poate reduce, de asemenea, ductilitatea la cald a oțelurilor în regiunea austenitic-feritică a diagramei de fază.

Influența antimoniului asupra proprietăților oțelurilor

Antimoniul (Sb) are o tendință puternică de a se segrega în timpul solidificării oțelului și, prin urmare, este dăunător pentru calitatea suprafeței lingourilor de oțel turnate continuu. În stare solidă a oțelului, antimoniul se segregă cu ușurință la granițele granulelor și provoacă fragilitate la temperatură în oțelurile aliate.

Surse:
Tratarea termică a oțelului: metalurgie și tehnologii, ed. G. E. Totten, 2006.
Gulyaev A.P. Știința metalelor, 1986.

Oțelurile conțin întotdeauna impurități, care sunt împărțite în patru grupuri. 1. Impurități permanente: siliciu, mangan, sulf, fosfor.

Manganul și siliciul sunt introduse în procesul de fabricare a oțelului pentru dezoxidare; sunt impurități tehnologice.

Conținutul de mangan nu depășește 0,5…0,8 %. Manganul crește rezistența fără a reduce ductilitatea și reduce brusc fragilitatea roșie a oțelului cauzată de influența sulfului. Ajută la reducerea conținutului de sulfură de fier FeS, deoarece formează un compus de sulfură de mangan cu sulful MnS. Particulele de sulfură de mangan sunt situate sub formă de incluziuni separate, care sunt deformate și apar alungite de-a lungul direcției de rulare.

Fiind situat în apropierea boabelor, crește temperatura de tranziție la o stare fragilă, provoacă fragilitate la rece, reduce munca de propagare a fisurilor, crește conținutul de fosfor pentru fiecare 0,01 % crește pragul de fragilitate la rece prin 20...25 o C.

Fosforul are tendința de a se segrega, așa că în centrul lingoului, zonele individuale au o vâscozitate puternic redusă.

Pentru unele oțeluri este posibilă creșterea conținutului de fosfor la 0,10…0,15 %, pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea.

S– scade ductilitatea, sudarea și rezistența la coroziune. P-distorsionează rețeaua cristalină.

Conținutul de sulf din oțeluri este 0,025…0,06 %. Sulful este o impuritate dăunătoare care intră în oțel din fontă. Când interacționează cu fierul, acesta formează un compus chimic - sulfură de sulf FeS, care, la rândul său, formează un eutectic cu punct de topire scăzut cu fierul cu punct de topire 988 o C. Când este încălzit pentru rulare sau forjare, eutecticul se topește și legăturile dintre boabe sunt rupte. În timpul deformării, în locurile eutecticului apar rupturi și fisuri, iar piesa de prelucrat este distrusă - un fenomen fragilitate roșie.

fragilitate roșie - fragilitate crescută la temperaturi ridicate

Sulful reduce proprietățile mecanice, în special tenacitatea și ductilitatea

(δ și ψ), precum și limita de anduranță. Deteriorează sudabilitatea și rezistența la coroziune.

2. Impurități ascunse- gaze (azot, oxigen, hidrogen) - patrund in otel in timpul topirii.

Azotul și oxigenul se găsesc în oțel sub formă de incluziuni nemetalice fragile: oxizi ( FeO, Si02, Al203)nitruri ( Fe2N), sub formă de soluție solidă sau în stare liberă, localizată în defecte (cavități, fisuri).

Impurități interstițiale (azot N, oxigen DESPRE) măresc pragul de fragilitate la rece și reduc rezistența la rupere fragilă. Incluziunile nemetalice (oxizi, nitruri), fiind concentratoare de stres, pot reduce semnificativ limita de anduranță și vâscozitatea.

Hidrogenul dizolvat în oțel este foarte dăunător, deoarece fragilizează în mod semnificativ oțelul. Ea duce la formarea de floken.

Floken– fisuri subtiri de forma ovala sau rotunda, avand aspect de pete in fractura - fulgi argintii.

Metalul cu fulgi nu poate fi folosit în industrie; în timpul sudării se formează fisuri la rece în metalul depus și de bază.

Dacă hidrogenul se află în stratul de suprafață, acesta este îndepărtat ca urmare a încălzirii la 150…180 , mai bine in vid ~10 -2 ... 10 -3 mm Hg. Artă.

Aspirarea este folosită pentru a îndepărta impuritățile ascunse.

3. Impurități speciale– sunt introduse special în oțel pentru a obține proprietăți specificate. Impuritățile sunt numite elemente de aliere, iar oțelurile sunt numite oțeluri aliate.

Oțel prelucrat la rece

Sârma și foile subțiri sunt utilizate pe scară largă în gospodărie. Aceste tipuri de produse sunt produse în metalurgie prin laminare și trefilare la rece. În urma acestui tratament, metalul este întărit datorită unui fenomen numit călire la rece. Datorită temperaturii camerei, întărirea nu este îndepărtată. Acest tip de prelucrare se numește călire la rece.

Călirea la rece a oțelului depinde în mare măsură de gradul de călire prin muncă și de conținutul de carbon (Fig. 7).

Valorile record ale σв au fost obținute pentru compresia de până la 90% în oțel 1,2% C cu un fir ∅ de 0,1 mm.

Întărirea este un proces inevitabil al oricărei deformari plastice. Călirea (călirea) este însoțită de o creștere a rezistenței și durității și de o scădere semnificativă a ductilității.

Prin urmare, după rulare sau trasare la rece, foile, canalele și țevile sunt prelucrate la rece.

Cel mai adesea aceasta este o schimbare dorită a proprietăților. Uneori este de nedorit. De exemplu, nu puteți face ștanțare pe o foaie de cupru prelucrată la rece - se va rupe. Este necesar să se îndepărteze întărirea prin tratament termic (recoace).