Лекция №1 производство черных металлов
Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных производств, базирующийся на месторождениях руд, коксующихся углей, энергетических мощностях. Оно включает следующие комбинаты, заводы, цехи (рис.2.1):
шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;
горно-обогатительные комбинаты, где подготовляют руды к плавке, т. е. обогащают их;
коксохимические заводы или цехи, где осуществляют подготовку углей, их коксование и извлечение из них полезных химических продуктов;
энергетические цехи для получения сжатого воздуха (для дутья доменных печей), кислорода, а также очистки газов металлургических производств;
доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов;
заводы для производства ферросплавов;
сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали;
прокатные цехи, в которых слитки стали перерабатывают в сортовой прокат — балки, рельсы, прутки, проволоку, а также лист и т. д.
Основой современной металлургии стали является двухступенчатая схема, которая состоит из доменной выплавки чугуна и различных способов его передела в сталь. При доменной плавке, осуществляемой в доменных печах, происходит избирательное восстановление железа из руды, но одновременно из руды восстанавливаются также фосфор и в небольших количествах марганец и кремний; железо науглероживается и частично насыщается серой. В результате из руды получают чугун — сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, серой и фосфором.
Передел чугуна в сталь производят в конвертерах, мартеновских и электрических печах. В этих агрегатах происходит избирательное окисление примесей чугуна таким образом, что в процессе плавки они переходят в шлак и газы. В результате получают сталь заданного химического состава.
Основной продукцией черной металлургии являются: 1) чугуны— передельный, используемый для передела на сталь, и литейный для производства фасонных чугунных отливок на машиностроительных заводах; основное количество (до 90%) выплавляемого чугуна — передельный; 2) ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния, ванадия, титана) для производства легированных сталей; 3) стальные слитки для производства сортового проката (рельсов, балок, прутков, полос,, проволоки), а также листа, труб и т. д.; 4) стальные слитки для производства крупных кованых деталей машин (валов, роторов, турбин, дисков и т. д.), называемые кузнечными слитками.
Рисунок 2.1 – Схема металлургического производства АМК
Лекция 2 механические свойтсва металлов и сплавов и методы их определения.
Из свойств, которыми могут обладать материалы, механические свойства в большинстве случаев являются важнейшими.
Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла или другого материала под действием приложенных внешних сил.
К основным механическим свойствам относят:
- сопротивление металла (сплава) деформации – прочность;
сопротивление разрушению – пластичность, вязкость, способность материала не разрушаться при наличии трещин.
В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т.е. значения напряжений или деформаций при которых происходит изменение физического и механического состояния материала.
При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.
Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах, хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах близких к нормальной.
Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.
Их можно разделить на две группы:
- критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин и др.);
- критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость и др.).
3. Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов как распределение и величина остаточных напряжений, дефектов технологии изготовления и конструирования изделий и т.д.
Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойств, так и критерии конструктивной прочности.
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
В связи с тем, что условия работы металлов и сплавов различны, существуют соответственно разнообразные виды и методы испытаний. Все виды испытаний можно классифицировать следующим образом:
1. По характеру внешнего воздействия:
кратковременные испытания - динамические испытания;
длительные испытания - статические испытания.
2. По виду напряженного состояния:
испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез;
испытания в условиях сложного напряженного состояния.
3. Технологические испытания;
испытания для контроля пластичности;
измерение твердости;
испытания на вытяжку.
4. Испытания переменной нагрузкой: - испытания на усталость;
- испытания на статическую усталость.
5. Испытания ударом:
испытания на ударное растяжение;
испытание изгибом на ударную вязкость;
испытания повторными ударами. 6. Натурные испытания:
испытания на стендах;
испытания готовых изделий.
Как правило, при механических испытаниях металлов все наблюдения расчеты напряженного состояния производят в макроскопических объемах. Как исключение, прибегают иногда и к наблюдениям в микроскопических объемах (наблюдения за деформациями в пределах отдельных кристаллов).
При всех видах механических испытаний производят по возможности на образцах металла такие внешние воздействия, которым он подвергается в условиях службы. Получаемые при этом характеристики механических свойств условны, зависят от условий испытаний. Это приводит к необходимости унификации методов механических испытаний с целью получения сопоставимых данных. Унификация методов испытаний выполняется и совершенствуется в рамках государственных стандартов и международных рекомендаций.