Доменный процесс. Основные реакции. Устройство доменной печи

 

Рассмотрим структуры, образующиеся при диффузионном превращении аустенита.

 

При температуре 650–700 °С образуется собственно перлит. При перлитном превращении ведущей фазой является цементит. В результате образования пластинок цементита соседние участки аустенита обедняются углеродом, что в свою очередь приводит к образованию пластинок феррита.

 

При увеличения переохлаждения увеличивается количество зародышей новой фазы. Естественно, что с ростом числа чередующихся пластин феррита и цементита уменьшаются их размеры и расстояния между ними (рис. 12). Другими словами, с понижением температуры растет дисперсность продуктов превращения аустенита. Под степенью дисперсности понимают расстояние между соседними пластинками феррита и цементита.

 

 

Рисунок 12. Схема феррито-цементитных структур:

а) перлит; б) сорбит; в) троостит

 

При температуре 600–650 °С образуется сорбит, а при 550–600 °С — троостит.

Перлит, сорбит, троостит являются структурами  одной природы — механической смесью феррита и цементита и  отличаются друг от друга лишь степенью дисперсности. С увеличением степени  дисперсности пластин цементита  растут твердость и прочность  стали. Наибольшую пластичность имеют стали с сорбитной структурой. Троостит, образующийся при более низкой температуре превращения, характеризуется меньшей пластичностью (меньшими d и y ). Перлит, сорбит и троостит называют перлитными структурами.

Перлитные структуры в зависимости от формы цементита могут быть пластинчатыми или зернистыми. Пластинчатые структуры образуются при превращении однородного (гомогенного) аустенита, а зернистые — неоднородного аустенита. В первом случае нагрев доэвтектоидных сталей должен производиться выше АС3, а заэвтектоидных — выше Аcm. Соответственно для получения зернистых структур нагрев должен производиться ниже АС3 (Аcm).

Таким образом, дисперсность перлитных  структур определяется степенью переохлаждения, а форма цементита — гомогенностью исходного аустенита.

Так как в доэвтектондных и заэвтектоидных сталях, в отличие от эвтектоидных, в интервале температур А1–А3 сначала  выделяются избыточные фазы — феррит (в доэвтектоидных сталях) или избыточный цементит (в заэвтектоидных сталях), то на диаграмме изотермического распада аустенита для этих сталей характерно появление дополнительной кривой, характеризующей начало выделения соответствующих избыточных фаз (рис. 13).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 13. Схемы диаграммы изотермического  превращения переохлажденного аустенита: а) доэвтектоидная сталь; б) эвтектоидная сталь; в) заэвтектоидная сталь.

 

Вопрос 5. Медные сплавы, их маркировка и применение.

Медь и ее сплавы находят широкое  применение в электротехнике, электронике, приборостроении, литейном производстве, двигателестроении. 50 % полученной меди потребляется в электронике и электротехнике. Медь стоит на втором месте за алюминием по объему производства среди цветных металлов.

У чистой меди небольшая прочность  и высокая пластичность. Ценные технические и технологические свойства: высокие электро- и теплопроводность, достаточная коррозионная стойкость, хорошо обрабатывается давлением, сваривается всеми видами сварки, поддается пайке, полируется. Недостатки меди: ее высокая стоимость, значительная плотность, большая усадка при литье, горячеломкость, сложность обработки резанием. Медь диамагнитна (слабо).

Температура плавления 1083 0С. Решетка  ГЦК, не имеет полиморфизма. Нашей  промышленностью выпускается 11 марок  меди с различным содержанием  примесей. В электронике применяют бескислородную (б) медь марок М00б (99,99 % Cu) и М0б (99,97 % Cu), в электротехнике и металлургии М0 (99,95 % Cu), М1 (99,9 % Cu), М2 (99,7 % Cu) и др.

По характеру взаимодействия с  медью легирующие элементы и примеси  разделяют на три группы:

1. Элементы (Ag, Al, Au, Fe, Ni, P, Sn, Zn), образующие  твердые растворы. Прочность повышается, но при этом уменьшается тепло-  и электропроводность.

2. Элементы (Bi, Pb), практически нерастворимые  в меди в твердом состоянии  и образующие с ней легкоплавкие эвтектики. Медь становится хрупкой (красноломкость от Pb, хладноломкость от Bi).

3. Элементы (Se, S, O и др.), образующие  с медью хрупкие химические  соединения (Cu2O, Cu2S). Сера повышает  обрабатываемость резанием, но вызывает  хладноломкость меди. Кислород также приводит к дефектам.

Сплавы меди с цинком называют латунями: томпаками (до 10 % Zn) или полутомпаками (10 – 20 % Zn). За исключением сплавов  с никелем, все другие ее сплавы называют бронзами.

Латуни

1. Деформируемые латуни. Их обрабатывают давлением. Обозначают Л96, Л63 и т. д. Цифра – содержание меди в %, остальное – цинк. Другие элементы обозначают: С– свинец, О – олово, Ж – железо, А – алюминий, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель (ЛАН59-3-2 содержит 59 % Cu, 3 % Al, 2 % Ni.  остальное – цинк).

В технике применяют  латуни, содержащие менее 50 % цинка, иначе  происходит охрупчивание сплава химсоединением CuZn. До 39 % цинка сплав однофазный с решеткой меди, при большем содержании цинка – двухфазный (твердый раствор  с решеткой меди + CuZn).

В небольших количествах (до 30 %) цинк повышает и прочность, и пластичность сплава. По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью, твердость, коррозионной стойкостью и жидкотекучестью. В сложных латунях общее содержание легирующих элементов обычно не превышает 9 %.

Перед пластическим деформированием  проводят рекристаллизационный отжиг  латуней при 500–600 0С с целью  уменьшения твердости.

«Автоматная» латунь ЛС59-1, легированная свинцом, обладает сыпучей стружкой при обработке резанием. Изготовляют метизы (винты, болты, гайки, шайбы) на станках-автоматах.

2. Литейные латуни. Используют для  фасонного литья. Маркируют несколько  по-другому: ЛЦ23А6Ж3 содержит 23 % цинка, 6 % Al и 3 % Fe.

Железо и марганец снижают жидкотекучесть латуни, а олово до 2,5 % ее повышает. Для литья арматуры используют кремнистую латунь (ЛЦ16К4), а втулки и сепараторы шариковых и роликовых подшипников льют из свинцовой латуни ЛЦ40Ц.

Бронзы

Маркировка бронз начинается с  букв Бр, а в остальном для деформируемых  и литейных бронз полностью аналогична маркировке деформируемых и литейных латуней. Дополнительно в бронзах присутствуют фосфор – Ф, цинк – Ц, хром – Х, бериллий – Б, цирконий – Цр.

Оловянные бронзы по структуре бывают однофазными (a – твердый раствор олова Sn в меди) и двухфазными, состоящими из a и d (Cu31Sn8) фаз. d-фаза выделяется при содержании олова более 7–9 %. Она повышает твердость и хрупкость бронз. Прочность сплава с увеличением содержания олова сначала возрастает, а затем при появлении d-фазы резко падает.

Легирующие элементы Zn, P, Ni улучшают литейные свойства, P и Ni повышают твердость, прочность, износостойкость, никель также  повышает коррозионную стойкость, P и Pb придают антифрикционные свойства. Al и Si даже при содержании в сотых  долях процента, резко снижают механические свойства и герметичность отливок.

Деформируемые оловянные бронзы (БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3) имеют однофазную структуру (a-твердый раствор), поскольку содержат до 7 % Sn. Их дополнительно легируют фосфором, цинком и свинцом. Изготовляют упругие элементы (пружины, мембраны). По сравнению с литейными деформируемые бронзы имеют большую прочность, вязкость, пластичность, сопротивление усталости.

Литейные оловянные бронзы (БрО3Ц12С5 и др.) имеют двухфазную структуру. Они содержат большее количество легирующих элементов, чем деформируемые бронзы, коррозионностойки и обладают высокими антифрикционными свойствами. Применяют литейные бронзы, содержащие до 10–12 % Sn. При большем количестве возрастает хрупкость. Повышение пластичности бронзы достигается гомогенизацией при 700–750 0С с последующим быстрым охлаждением сплава. При этом уменьшается дендритная ликвация в сплаве, и его структура приближается к равновесной. Отжиг отливок при 550 0С устраняет внутренние напряжения в них.

Алюминиевые бронзы характеризуются высокой пластичностью при содержании Al < 5 %. Увеличение содержания Al повышает твердость и прочность, снижая пластичность. Данные сплавы хорошо деформируются как в холодном, так и в горячем состоянии, коррозионностойки, обладают высокими механическими свойствами, хорошими литейными свойствами. Многокомпонентные бронзы (БрАЖН10-4-4), содержащие 9–11 % Al, упрочняются закалкой и старением. Твердость при этом повышается в 2 раза.

Кремнистые бронзы характеризуются  хорошей прочностью и пластичностью. Они немагнитны, морозостойки. Свариваются, подвергаются пайке.

Бериллиевые бронзы обладают высокими механическими (в частности, упругими) свойствами, стойкостью против коррозии, хорошо свариваются. Упрочняются закалкой со старением. Бронза в закаленном состоянии имеет высокую пластичность, невысокую прочность и может подвергаться пластической деформации. При старении из пересыщенного твердого раствора выделяются дисперсные частицы CuBe, повышая прочность и снижая пластичность.

Хромовые бронзы также обладают высокими механическими свойствами. Упрочняются закалкой и старением.

Циркониевые бронзы сочетают в себе высокую тепло- и электропроводность, близкую к меди, и жаропрочность (в частности, сопротивление ползучести). Упрочняются они комплексной  обработкой: закалкой, последующей холодной пластической деформацией (степень деформации до 75 %) и старением.

Область применения меди и ее сплавов: чистая медь широко используется в  электротехнике, теплообменниках. Из латуней  получают изделия глубокой вытяжки (радиаторные и конденсаторные трубки, сильфоны, гибкие шланги). Латуни, содержащие свинец, работают в условиях трения (часовое производство, типографские машины). Оловянные бронзы применяют для литья художественных изделий. При дополнительном легировании фосфором бронзы работают на трение в коррозионной среде (подпятники, подшипники, уплотняющие втулки, пояски поршневых колец, клапаны. Также из бронз изготовляют втулки, шестерни, подшипники, пружины, мембраны, детали приборов и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 10 Подберите марку сплава (материала) для: корпусов наручных часов; изделий домашнего обихода; напильников; корпуса редуктора лифта; хирургического инструмента; рычаг сельскохозяйственной машины изготовленного холодной штамповкой.

 

Марка сплава для:

- корпусов наручных часов 30ХГС, 12Х18Р10Т, ВТ1-00, СрМ800, Зл МНЦ 75-12,5-10-2,5;

- изделий домашнего обихода ВПЧ, АК7, 30ХГС, 12Х18Р10Т;

- напильников У12, У13, 9ХС;

- корпуса редуктора лифта СЧ, АЛ-3;

- хирургического инструмента 100Х13М, 30Х13, 40Х13;

- рычаг сельскохозяйственной машины  изготовленного холодной штамповкой Ст3.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Технология металлов и конструирование  материалы. В.М. Никифоров, Москва, 1968, Изд. “Высшая школа”.

2. Материаловедение. А.Е. Лейкин, Б.И.  Родин, Москва, 1971, Изд. “Высшая школа”.

3. Метталургия, металловедение  и конструкционные материалы.  Б.А. Кузьмин, А.И. Самохоцкий, Москва, 1984, Изд. «Высшая школа».

4. http://www.distance.net.

5. http://www.xenoid.ru

6. http:// www.ktodelaetremont.ru

7. http:/ www./enc-dic.com