Виды и методы производства сталей

   Основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический). Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного цинка 99,95 %, полнота извлечения его из концентрата (при учете переработки отходов) 93-94 %. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.

   СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.

   Одна треть олова идет на изготовление припоев. Припои – это сплавы олова в основном со свинцом в разных пропорциях в зависимости от назначения. Сплав, содержащий 62% Sn и 38% Pb, называется эвтектическим и имеет самую низкую температуру плавления среди сплавов системы Sn – Pb. Он входит в составы, используемые в электронике и электротехнике. Другие свинцово-оловянные сплавы, например 30% Sn + 70% Pb, имеющие широкую область затвердевания, используются для пайки трубопроводов и как присадочный материал.

   Оловянно  свинцовый сплав применяют в  качестве покрытия для других  металлов, эти покрытия имеют  хорошее сцепление с основой,  обеспечивают хорошую коррозионную защиту и красивый внешний вид. Оловянные и оловянно-свинцовые покрытия можно наносить, погружая специально приготовленный предмет в ванну

20

с расплавом, однако большинство оловянных покрытий и сплавов олова со свинцом, медью, никелем, цинком и кобальтом осаждают электролитически из водных растворов. Наличие большого диапазона составов для покрытий из олова и его сплавов позволяет решать многообразные задачи промышленного и декоративного характера.

   Сплав олово-цинк отличается более высокими защитными свойствами в условиях атмосферной коррозии по сравнению с цинком. Этот сплав можно применять при работе изделий в условиях высокой влажности и колебаниях температуры. Наилучшей коррозионной устойчивостью обладает сплав, содержащий 20—25 % цинка. Этот сплав по отношению к стали является слабо анодным, пористость его значительно ниже, чем у чистого олова. Сплавы с большим содержанием цинка имеют меньшую коррозионную стойкость, а при содержании свыше 50 % цинка сплавы по коррозионной стойкости приближаются к чистому цинку. При содержании в сплаве 10 % цинка и меньше покрытие не имеет преимущества перед оловянным (не защищает электрохимически железо от коррозии).

3. Литейное производство, литье в металлические формы и под давлением.

  Литейное  производство, одна из отраслей  промышленности, продукцией которой  являются отливки, получаемые  в литейных формах при заполнении  их жидким сплавом. Методами литья изготовляется в среднем около 40% (по массе) заготовок деталей машин, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, доля литых изделий составляет 80%. Из всех производимых литых заготовок машиностроение потребляет примерно 70%, металлургическая промышленность — 20%, производство санитарно-технического оборудования — 10%. Литые детали используют в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях, паровых и гидравлических турбинах, прокатных станах, с.-х. машинах, автомобилях, тракторах, локомотивах, вагонах. Значительный объём литых изделий, особенно из цветных сплавов, потребляют авиация, оборонная промышленность, приборостроение. Литейное производство поставляет также водопроводные и канализационные трубы, ванны, радиаторы, отопительные котлы, печную арматуру и др. Широкое применение отливок объясняется тем, что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий, чем форму заготовок, производимых другими способами, например ковкой. Литьём можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла, сокращает затраты на механическую обработку и, в конечном счёте, снижает себестоимость изделий. Литьём могут быть изготовлены изделия практически любой массы – до сотен тонн, со стенками толщиной от десятых долей мм до нескольких метров

21

Основные  сплавы, из которых изготовляют отливки: серый, ковкий и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 20%) и  цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые). Область применения литых деталей непрерывно расширяется.

   Производство литых изделий известно с глубокой древности (2—1-е тысячелетия до н. э.): в Китае, Индии, Вавилоне, Египте, Греции, Риме отливали предметы вооружения, религиозного культа, искусства, домашнего обихода. В 13—14 вв. Византия, Венеция, Генуя, Флоренция славились своими литыми изделиями. В русском государстве в 14—15 вв. отливались бронзовые и чугунные пушки, ядра и колокола (на Урале). В 1479 построена в Москве «пушечная изба» — первый литейный завод. В царствование Ивана IV созданы литейные заводы в Туле, Кашире и др. городах. В 1586 А. Чохов отлил «Царь-пушку» (около 40 т). При Петре I изготовление отливок увеличилось, были созданы литейные заводы на Урале, Юге и Севере государства. В 17 в. Чугунные отливки экспортировались за границу. В России созданы замечательные образцы литейного искусства: в 1735 «Царь-колокол» (свыше 200 т) И. Ф. и М. И. Маториными, в 1782 памятник Петру I «Медный всадник» (22 т) Э. Фальконе, в 1816 памятник К. Минину и Д. М. Пожарскому В. П. Екимовым, в 1850 скульптурные группы Аничкова моста в Петербурге П. К. Клодтом и др. Одна из самых крупных отливок в мире — шабот (нижняя часть, воспринимающая удар) парового молота (650 т) изготовлена в 1873 на Пермском заводе. Известно мастерство литейщиков старых русских заводов — Каслинского, Путиловского, Сормовского, Коломенского и др.

   Процесс литейного производства многообразен и подразделяется: по способу заполнения форм — на обычное литьё, литьё центробежное, литьё под давлением; по способу изготовления литейных форм — на литьё в разовые формы (служащие лишь для получения одной отливки), литьё в многократно используемые керамические или глиняно-песчаные формы, называется полупостоянными (такие формы с ремонтом выдерживают до 150 заливок), и литьё в многократно используемые, так называемые постоянные металлические формы, например кокили, которые выдерживают до нескольких тысяч заливок.

  Литьем под давлением получают отливки в металлических формах (пресс-формах), при этом заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением. Отливки получают на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. В машинах с холодной камерой прессования камеры прессования располагаются либо горизонтально, либо вертикально.

   На машинах с горизонтальной холодной камерой прессования (рисунок 1)

22

расплавленный металл заливают в камеру прессования 4 (рисунок 1, позиция а). Затем металл плунжером 5, под давлением 40…100 Мпа, подается в полость пресс-формы (рисунок 1, позиция б), состоящей из неподвижной 3 и подвижной 1 полуформ. Внутреннюю полость в отливке получают стержнем 2. После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается, стержень 2 извлекается (рисунок 1, позиция в) и отливка 7 выталкивателями 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы.

Схема литья под давлением на машинах  с горизонтальной холодной камерой прессования.

   Перед заливкой пресс-форму нагревают до 120…320 0C. После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы обдувают воздухом и смазывают специальными материалами для предупреждения приваривания отливки. Воздух и газы удаляются через каналы, расположенные в плоскости разъема пресс-формы или вакуумированием рабочей полости перед заливкой металла. Такие машины применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов.

   На машинах с горячей камерой прессования камера прессования 2 расположена в обогреваемом тигле 1 с расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера 3 металл через отверстие 4 заполняет камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстие перекрывается, сплав под давлением 10…30 Мпа заполняет полость пресс-формы 5. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного металла сливаются в камеру прессования, а отливка удаляется из пресс-формы выталкивателями 6.

Схема литья  под давлением на машинах с  горячей камерой прессования.

   Литье под давлением используют в массовом и крупносерийном производствах

23

отливок с  минимальной толщиной стенок 0,8 мм, с высокой точностью размеров и малой шероховатостью поверхности, за счет тщательного полирования  рабочей полости пресс-формы, без  механической обработки или с  минимальными припусками, с высокой  производительностью процесса.

   Литье в металлические формы. Литье в металлические формы. При этом методе литья расплавленный металл заливают в металлические формы (кокили), имеющие очертания изготовляемой отливки. После застывания металла форму открывают и из нее извлекают отливку. Затем форму охлаждают, смазывают и процесс повторяют. Высокая скорость охлаждения отливки обеспечивает образование  в ней мелкозернистой структуры, что повышает механические свойства детали.

   Литейное  производство является одним из важнейших производств в машиностроении. Изготовление литых деталей в машиностроении составляет        60-80 % всех видов технологических процессов. Способ получения деталей отливкой является более дешевым по сравнению с ковкой и штамповкой. Литьем изготавливают отливки очень сложной конфигурации, в особенности полые, которые нельзя изготовить ковкой, штамповкой или иной механической обработкой из прокатанного или из прессованного материала. Вес литых деталей не ограничен — от нескольких граммов до сотен тонн.

   Припуск на механическую обработку при литье в металлическую форму в два-три раза меньше, чем при литье в земляную форму. Металлические формы собирают из нескольких частей.

   Для чугунного и стального литья металлические формы изготовляют из серого чугуна, для цветного литья — из стали и алюминиевых сплавов. Стержни используют песчаные или металлические (сборные).

   Существенными недостатками литья в металлические формы являются трудность отливать детали со сложными внутренними и внешними очертаниями и получать в отливке тонкие стенки вследствие быстрой кристаллизации металла в форме.  

   При  литье в металлические формы  металл из печи выпускают в ковши, а затем разливают по формам. Формы надо заливать непрерывной струей, в противном случае в отливке образуются спаи. Форму заливают до тех пор, пака металл не заполнит выпоры и прибыли.

   Для предупреждения попадания шлака в форму делают надлежащее устройство литниковой системы и применяют ковш со шлакоулавливающим приспособлением.

   После полного затвердевания и достаточного охлаждения отливки выбирают из

24

 

форм, а затем  из них выбивают стержни. В небольших  литейных цехах отливки                                                           выбивают вручную или с помощью пневматических вибраторов. Стержни удаляют вибрационными машинами или струями воды в гидравлических камерах. В современных литейных цехах процесс выбивки форм полностью механизирован.

   Затем отливки необходимо освободить от литников, выборов и прибылей. В мелких отливках их легко удалить молотком или кувалдой,  крупных — механической обработкой или газовой резкой. Для удаления с поверхности отливки пригоревшей формовочной смеси и неровностей применяют ручную или механическую очистку отливок. При ручной очистке отливку очищают стальной щеткой и зубилом удаляют неровности. Механическая очистка производится во вращающихся барабанах или в пескоструйных и дробеструйных установках.

 

 

 

 

  

  

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

25

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Русское олово XVIII века, Е. Ю. Елькова, Т. А. Лобанева. Издательство: "Эпифания" 1995 год.

2. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. «Коррозия и коррозионностойкие сплавы». Москва: «Металлиргия», 1973 год.

3. Пляцкий В. М., «Технология литья под давлением», 3 изд., Москва, 1957год.

4. Беккер М. Б., «Литье под давлением»,2 изд., Москва, 1973 год.

5. Гарифуллин  Ф. А., Фетисов Г.П., «Материаловедение и технология металлов»: изд. Оникс, 2009 год.

6. Бураков  С.Л., Вейник.А.И. «Литье в кокиль» изд. Москва, 1980г.

7. Лихолетов И.И. «Элементарные функции - Лихолетов И.И.» изд. Мин. Просвещения РСФСР, под редакцией Гонина Е.Г. 1960 год.

 

 

 

 

  

  

 

  

  

 

 

 

 

 

 

 

     сновы металлургического производства (черная металлургия)

Москва «Металлургия» 1988

-         Энциклопедия «Радость познания»,  Том 1 «Наука и вселенная»

Москва «МИР» 1983

-         «Технология металлов и других  конструкционных материалов»

В.Т.Жадан, Б.Г. Гринберг, В.Я. Никонов. Издание второе.