Нові методи виробництва й обробки сталі
Електроннопроменева плавка металів. Для одержання особливо чистих металів і сплавів використовують електроннолучевую плавку. Плавка заснована на використанні кінетичної енергії вільних електронів, що одержали прискорення в електричному полі високої напруги. На метал направляється потік електронів, у результаті чого він нагрівається і плавиться.
Електроннопроменева плавка має ряд переваг: електронні промені дозволяють одержати високу щільність енергії нагрівання, регулювати швидкість плавки у великих межах, виключити забруднення розплаву матеріалом тигля і застосовувати шихту в будь-якому виді. Перегрів розплавленого металу в сполученні з малими швидкостями плавки і глибоким вакуумом створюють ефективні умови для очищення металу від різних домішок.
Електрошлаковий переплав. Дуже перспективним способом одержання високоякісного металу є електрошлаковий переплав. Краплі металу, що утворяться при переплаву заготівлі, проходять через шар рідкого металу і рафинируются. При обробці металу шлаком і спрямованої кристалізації злитка знизу нагору зміст сірки в заготівлі знижується на 30 – 50%, а зміст неметалічних включень – у два-три разів.
Вакуумування сталі. Для одержання високоякісної сталі, широко застосовується вакуумна плавка. У злитку містяться гази і деяка кількість неметалічних включень. Їх можна значно зменшити, якщо скористатися вакуумированием сталі при її виплавці і розливанні. При цьому способі рідкий метал піддається витримці в закритій камері, з якої видаляють повітря й інші гази. Вакуумирование сталі виробляється в ковші перед заливанням по изложницам. Кращі результати виходять тоді, коли сталь після вакуумирования в ковші розливають по изложницам так само у вакуумі. Виплавка металу у вакуумі здійснюється в закритих індукційних печах.
Рафінування сталі в ковші рідкими синтетичними шлаками. Сутність цього методу полягає в тому, що очищення сталі від сірки, кисню і неметалічних включень виробляються при інтенсивному перемішуванні сталі в ковші з попередньо злитим у нього шлаком, приготовленому в спеціальної шлакоплавильної печі. Сталь після обробки рідкими шлаками володіє високими механічними властивостями. За рахунок скорочення періоду рафінування в дугових печах, продуктивність яких може бути збільшена на 10 – 15%. Мартенівська піч, оброблена синтетичними шлаками, по якості близька до якості сталі, виплавлюваної в електричних печах.
2.4.Термічна обробка сталі.
Випалювання — нагрівання сталевого виробу до температури 840—900 °С, витримка при цій температурі не менше 2 год. і охолодження разом з піччю. Цей метод застосовують при виготовленні із загартованого виробу іншого або ж коли попереднє загартування було невдалий і інструмент потрібно знову загартувати. Якщо гартувати необпалені деталі, то в них можуть виникнути тріщини, структура металу стане неоднорідної, що різко погіршує якість виробу.
Дрібні деталі відпалюють, нагріваючи на масивних напружених сталевих штабах, з якими їх прохолоджують. Іноді виріб нагрівають ацетиленовим пальником, що поступово віддаляють від виробу, щоб виріб поступово охолонув.
Нормалізація – це нагрівання сталевих виробів до відповідної температури й охолодження на повітрі.
Загартовування – нагрівання вуглецевих або деяких легованих сталей до певної температури й швидке її охолодження. У результаті цього змінюється кристалічна структура металу – він стає твердіше й більше антикорозійним. Мало-Вуглецеві сталі із умістом вуглецю до 0,3 % не гартуються. Залежно від марки сталь нагрівають до певній температурі. Так, стали В7, В7А нагрівають до 770—790 °С; В 8-В13А — до 760—780; Р 9-Р18 ДО 5-Ф2 – до 1235—1280 ° С.
При нагріванні вище цієї температури сталь втрачає свої властивості «Перепал» – непоправний шлюб. Це також стосується відпалювання та відпускання.
Дрібні вироби, для того щоб не перепалити, краще нагрівати на попередньо нагрітій металевій підставці (наприклад, штабі). Температура нагрівання дорівнює температурі нагрівання виробу. Швидке охолодження приводить до твердого загартування, внаслідок чого можуть виникнути більші внутрішні напруження й навіть тріщина. Повільне охолодження може не дати потрібного по твердості загартування Охолодними середовищами можуть бути вода (звичайної температури або нагріта до температурі 50-60 °), водяні розчини, масло й повітря. Кухонна сіль, їдкий натр або селітра, які додають до охолоджувачів, прискорюють охолодження. Для зменшення швидкості охолодження до води додають розчин мила, масляну емульсію, рідке скло, вапняне молоко й т.п. Надмірно швидке охолодження водою часто приводить до дефектів виробу (внутрішні напруження, тріщини, деформація), а підвищення температури води зменшує його гартувальні властивості. Тому при послідовному загартуванні декількох деталей, щоб вони мали однакове загартування, воду часто заміняють або використовують велику посудину.
Рівномірно й досить швидко сталь прохолоджується в 8-12 % водяному розчині кухонної солі або їдкого натру при температурі 20 °С. Деякі стали для кращого загартування прохолоджують в 30 % розчині їдкого натру. Як охолодне середовище можна застосовувати розплавлені солі калієвої або натрієвої селітри. Нагрівання масла до 60-90 ° С не зменшує швидкості охолодження, тобто не впливає на його гартувальні властивості. Охолодним середовищем для сталей може бути повітря (для тонких деталей) або повітря під тиском (від вентилятора, компресора). Деякі плоскі деталі (ножі) з нержавіючої сталі прохолоджують між двома металевими штабами.
Відпускання — нагрівання деталей до певної температури, витримуванню при цій температурі й швидке охолодження. Його застосовують після охолодження деталі в процесі загартовування, щоб зменшити крихкість і частково твердість. Є три види відпускання: низьке, середньому й високе відповідно в інтервалі температур до 350 °С, 350—500 і 500—680 °С. Найпоширеніше низьке відпускання. Нагрівання до 170 °С тільки знімає внутрішні напруження, але не змінює твердості сталі.
Після появи бажаного кольору в процесі нагрівання, деталь прохолоджують. У легованих сталей кольору мінливості з’являються при температурах на 12-17 °С нижче від наведених. Не маючи достатнього досвіду, нагрівати загартовані вироби для відпускання найкраще на розплавленому свинці, олові, цинку (для пружин) або в розплавленій суміші (нарівно) калієвої й натрієвої селітри. Це гарантує швидке й рівномірне нагрівання і його постійну температуру. Можна відпускання з’єднати з охолодженням. Для цього нагрітий робочий кінець інструмента занурюють під час загартовування на 20-25 мм у воду й тримають, поки метал не стемніє. Потім інструмент виймають із води, швидко очищають від охолодженої частини окалину напилком або шматком шліфувального кола. Як тільки з’явиться, потрібний колір мінливості, інструмент занурюють у воду спочатку наполовину, а потім повністю й тримають до охолодження.
Висновок
Залізо і його сплави становлять більше 90 % всіх металів, застосовуваних у сучасному виробництві. Найважливішим зі сплавів заліза є його сплав з вуглецем. Вуглець надає міцність сплавам заліза. Ці сплави утворюють більшу групу чавунів і сталей. Сталями називають сплави заліза з вуглецем, зміст якого не перевищує 2,14 %. Сталь - найважливіший конструкційний матеріал для машинобудування, транспорту й т.д.
Сталеплавильне виробництво - це одержання сталі із чавуну й сталевого лому в сталеплавильних агрегатах металургійних заводів, що є другою ланкою в загальному виробничому циклі чорної металургії. У сучасній металургії основними способами виплавки сталі з чавуну є киснево-конвертерний, мартенівський й електросталеплавильний процеси. Вони ґрунтуються на окисленні наявного в чавуні вуглецю і домішок та відокремленні оксидів, що утворюються, в газову фазу або шлак.
Чаву́н — сплав заліза з вуглецем, який може містити від 2,14 до 4,3 % вуглецю і більше.Чисте залізо має обмежене застосування. В техніці зазвичай використовують сплави заліза з вуглецем, які поділяють на сталі і чавуни. Сталі містять до 2 % вуглецю, а чавуни — від 2,14 до 4 % вуглецю і навіть більше.
Чавуни, які виплавляють у доменних печах поділяють на:
• переробні, які використовуються для виробництва сталі у кисневих конверторах, електропечах, мартенівських печах;
• ливарні, які використовуються для одержання виливків у ливарних цехах машинобудівних чи ливарних заводів. Частка цих чавунів зменшується й не перевищує 10 %. Істотним недоліком виробів з ковких чавунів є висока вартість внаслідок тривалого високотемпературного відпалу та обмеження розмірів. Чавун відрізняється від сталіне лише вищим вмістом вуглецю, а й своїми властивостями. Він дуже малою мірою здатний до пластичної деформації, але й має добрі ливарні властивості.