Шпаргалка по "Металлургии"

Электролиз осуществляют в электролизере, футерованном шамотным
кирпичом. Анодами служат графитовые пластины, а катодами  - стальные
пластины. Электролизер заполняют расплавленным электролитом состава: 10
% MgCl2, 45 % СаСl2, 30 % NaCl, 15 % KCl с небольшими добавками NaF и
CaF2. Такой состав электролита необходим для понижения температуры его
плавления [(720 ± 10) °С]. Для электролитического разложения хлористого
магния через электролит пропускают ток. В результате образуются ионы хло-
ра, которые движутся к аноду. Ионы магния движутся к катоду и после раз-
ряда выделяются на поверхности, образуя капельки жидкого зернового маг-
ния. Магний имеет меньшую плотность, чем электролит, поэтому он всплы-
вает на поверхность, откуда его периодически удаляют вакуумным ковшом.

Черновой магний содержит  5  % примесей, поэтому его рафинируют переплавкой с флюсами. Для этого черновой магний и флюс, состоящий из MgCl2, КС1, ВаСl2, CaF2, NaCl, СаСl2, нагревают и электропечи до температуры 700-750 °С и перемешивают. При этом неметаллические примеси переходят в шлак. После этого печь охлаждают до температуры 670 °С и магний разливают в изложницы на чушки.

БИЛЕТ 22

Сырьем для получения титана являются титаномагнетитовые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий  40-45  % TiO2, ~30 % FeO, 20 % Fe2O3 и 5-7 % пустой породы. Название этот концентрат получил по наличию в нем минерала ильменита FeO·TiO2.

Ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углем, антраци-
том в руднотермических печах, где оксиды железа и титана восстанавлива-
ются. Образующееся железо науглероживается, и получается чугун, а низшие
оксиды титана переходят в шлак. Чугун и шлак разливают отдельно в излож-
ницы. Основной продукт этого процесса - титановый шлак содержит 80-90
% TiO2, 2-5 % FeO и примеси - SiO2, Аl2O3, СаО и др. Побочный продукт это-
го процесса - чугун - используют в металлургическом производстве.

Полученный титановый шлак подвергают хлорированию в специальных печах. В нижней части печи располагают угольную насадку, нагревающуюся при пропускании через нее электрического тока. В печь подают брикеты титанового шлака, а через фурмы внутрь печи - хлор. При температуре 800-1250 °С в присутствии углерода образуется четыреххлористый титан, а также хлориды СаСl2, MgCl2 и др.:

TiO2 + 2С + 2Сl2 = TiCl4 + 2СО

Четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов благодаря различию температуры кипения этих хлоридов методом ректификации в специальных установках.

Титан из четыреххлористого титана восстанавливают в реакторах при температуре  950-1000  °С. В реактор загружают чушковый магний; после откачки воздуха и заполнения полости реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористый титан. Между жидким магнием и четыреххлористый титаном происходит реакция:

2Mg + TiCl4 = Ti + 2MgCl2.

БИЛЕТ 23

Продукцией литейного про-ва являются отливки,получаемые в литейных формах при заполнении в них жидким сплавом,методами литья изготавлив в среднем около 40% по массе заготовок деталей машин,а в некоторых отраслях машиностроения,например в станкостроении,доли литых изделий достигает  80%.

Литые детали используют в металлообрабатывающих станках,двигателях внутреннего сгорания,компрессорах,насосах,электродвигателях,паровых и гидравлических турбинах..Значительный объем литых изделий особенно их цветных сплавов потребляют авиация,оборонная про-ть и приборостроение.

Широкое применение отливок объясняется тем что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий чем форму заготовок производ. Другими способами,например ковкой.Литьем можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла,сокращает затраты на мех обработку,что в итоге снижает себестоимость.Литьем могут быть изготовлены детали любой массв,от нескольких грамм до сотен тонн,со стенками с толщиной от 10 долей мм до не скольких метров.

Основные сплавы из которых изготавливают отливки серый,ковкий и легированный чугун(до 75% всех отливок по массе),углеродистые и легированные сплавы примерно 20 % и цветные сплавы, медные,алюминевые,магнивые и т.д.

БИЛЕТ 24

Обработкой давлением называются процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из исходного материала.

Классификация процессов обработки давлением

 Пластическое деформирование в обработке металлов давлением осуществляется при различных схемах напряженного и деформированного состояний, при этом исходная заготовка может быть объемным телом, прутком, листом.

По назначению процессы обработки металлов давлением группируют следующим образом:

– для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления деталей – прокатка, волочение, прессование;

– для получения деталей или заготовок, имеющих формы и размеры, приближенные к размерам и формам готовых деталей, требующих механической обработки для придания им окончательных размеров и заданного качества поверхности – ковка, штамповка.

Основными схемами деформирования объемной заготовки являются:

– сжатие между плоскостями инструмента – ковка;

– ротационное обжатие вращающимися валками – прокатка;

– затекание металла в полость инструмента – штамповка;

– выдавливание металла из полости инструмента – прессование;

– вытягивание металла из полости инструмента – волочение.

Характер пластической деформации зависит от соотношения процессов упрочнения и разупрочнения. Губкиным С.И. предложено различать виды деформации и, соответственно, виды обработки давлением.

Горячая деформация – деформация, после которой металл не получает упрочнения. Рекристаллизация успевает пройти полностью, новые равноосные зерна полностью заменяют деформированные зерна, искажения кристаллической решетки отсутствуют. Деформация имеет место при температурах выше температуры начала рекристаллизации.

Неполная горячая деформация характеризуется незавершенностью процесса рекристаллизации, которая не успевает закончиться, так как скорость ее недостаточна по сравнению со скоростью деформации. Часть зерен остается деформированными и металл упрочняется. Возникают значительные остаточные напряжения, которые могут привести к разрушению. Такая деформация наиболее вероятна при температуре, незначительно превышающей температуру начала рекристаллизации. Ее следует избегать при обработке давлением.

При неполной холодной деформации рекристаллизация не происходит, но протекают процессы возврата. Температура деформации несколько выше температуры возврата, а скорость деформации меньше скорости возврата. Остаточные напряжения в значительной мере снимаются, интенсивность упрочнения снижается.

При холодной деформации разупрочняющие процессы не происходят. Температура холодной деформации ниже температуры начала возврата.

Холодная и горячая деформации не связаны с деформацией с нагревом или без нагрева, а зависят только от протекания процессов упрочнения и разупрочнения. Поэтому, например, деформация свинца, олова, кадмия и некоторых других металлов при комнатной температуре является с этой точки зрения горячей деформацией.

БИЛЕТ 25

Прокатка – это способ обработки пластическим деформированием – наиболее распростран¨нный. Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов.

Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в сво¨м поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем.

Существуют три основных способа прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно – винтовая

При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.10.2 а). Заготовка втягивается в зазор между валками за сч¨т сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат.

Поперечная прокатка (рис. 10.2.б). Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном.

В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения – шары, оси, шестерни.

Поперечно – винтовая прокатка (рис. 10.2.в). Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает ещ¨ и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.

БИЛЕТ 26

 Прессование – вид обработки давлением, при котором металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие в матрице, соответствующее сечению прессуемого профиля.

Технологический процесс прессования включает операции:

подготовка заготовки к прессованию (разрезка, предварительное обтачивание на станке, так как качество поверхности заготовки оказывает влияние на качество и точность профиля);

нагрев заготовки с последующей очисткой от окалины;

укладка заготовки в контейнер ;

непосредственно процесс прессования;

отделка изделия (отделение пресс-остатка, разрезка).

Применяются две метода прессования: прямой и обратный (рис. 11.6.)

При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении. При прямом прессовании требуется прикладывать значительно большее усилие, так как часть его затрачивается на преодоление трения при перемещении металла заготовки внутри контейнера. Пресс-остаток составляет 18…20 % от массы заготовки (в некоторых случаях – 30…40 %). Но процесс характеризуется более высоким качеством поверхности, схема прессования более простая.

При обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер, и она при прессовании остается неподвижной, а истечение металла из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансона, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей. Обратное прессование требует меньших усилий, пресс-остаток составляет 5…6 %. Однако меньшая деформация приводит к тому, что прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла. Конструктивная схема более сложная

К основным преимуществам процесса относятся:

возможность обработки металлов, которые из-за низкой пластичности другими методами обработать невозможно;

возможность получения практически любого профиля поперечного сечения;

получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы;

высокая производительность, до 2…3 м/мин.

Недостатки процесса :

повышенный расход металла на единицу изделия из-за потерь в виде пресс-остатка;

появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических свойств по длине и поперечному сечению изделия;

высокая стоимость и низкая стойкость прессового инструмента;

высокая энергоемкость.

БИЛЕТ 27

Сущность процесса волочения заключается в протягивании заготовок через сужающееся отверстие (фильеру) в инструменте, называемом волокой.

Волочением получают проволоку диаметром 0,002…4 мм, прутки и профили фасонного сечения, тонкостенные трубы, в том числе и капиллярные. Волочение применяют также для калибровки сечения и повышения качества поверхности обрабатываемых изделий. Волочение чаще выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию сопровождает наклеп, это используют для повышения механических характеристик металла, например, предел прочности возрастает в 1,5…2 раза.

Основной инструмент при волочении – волоки различной конструкции. Волока работает в сложных условиях: большое напряжение сочетается с износом при протягивании, поэтому их изготавливают из твердых сплавов

Технологический процесс волочения включает операции:

предварительный отжиг заготовок для получения мелкозернистой структуры металла и повышения его пластичности;

травление заготовок в подогретом растворе серной кислоты для удаления окалины с последующей промывкой, после удаления окалины на поверхность наносят подсмазочный слой путем омеднения, фосфотирования, известкования, к слою хорошо прилипает смазка и коэффициент трения значительно снижается;