Материал: ТКМ ответы на Экзамен

Термические способы получения магния. За последние годы термические способы производства магния получили широкое распространение вследствие своей простоты. Сущность термических способов состоит в восстановлении окиси магния или нефтяным коксом в смеси с каменноугольным пеком, или металлами, сплавами и карбидами металлов (например, алюминием, ферросилицием, карбидом кальция и др.)

Легкие металлические сплавы на основе алюминия и магния с удельным весом меньше 3 г/см3 в последнее время получают все большее распространение в авиа, авто и вагоностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.

Сплавы на основе алюминия делят на литейные и обрабатываемые давлением.

12. Производство Титана.

Титан и его сплавы являются ценными конструкционными сплавами. По сочетанию свойств они превосходят многие легированные стали и сплавы металлов. Получение металлического титана затрудняется его очень высокой химической активностью при повышенных температурах. Титан образует химические соединения и твердые растворы со многими элементами. Поэтому при производстве титана требуются особые условия, обеспечивающие достаточную чистоту производимого металла.

Для получения титана применяют магниетермический способ, который включает операции:

1) получение титановых концентратов;

2) производство титанового шлака;

3) производство четыреххлористого титана;

4) восстановление четыреххлористого титана магнием;

5) вакуумная сепарация реакционной массы;

6) плавка титановой губки в вакуумных печах.

Получение титановых слитков.

Титановые слитки получают переплавкой титановой губки в вакуумн элекрт дуговых печах. Расходуемый электрод изготавл. прессованием и измельченной титановой губки. Электрическая дуга горит между расходуемым электродом и ванной расплавленного металла, постепенно заполняющего изложницу, затвердевающего и образующего слиток.Наличие вакуума предожраняет металл от окисления и способствует его очистке от поглощенных газов и примесей. Для получения слитков может быть использована дробленная титановая трубка, загружаемая в печь дозатором.в этом случае дуга горит между расплавленным металлом и графитовым электродом, поднимаемым по мере заполнения изложницы металлом. Для обеспечения высокого качества слитков плавку повторяют два раза. При второй плавке расходуемым электродом служит слиток, полученный при первой плавке. Титановые сплавы выплавляют в электрических дуговых вакуумных печах, аналогичных применяемым для переплавки титановой губки. В качестве шихтовых материалов используют титановую губку и легирующие элементы в соответствии с заданным хим составом.

10. Производство Алюминия.

Алюминий наиболее растпространенный металл в природе, он входит в состав более 250 минералов. Наиболее важные алюминиевые руды: бокситы, нефелины, алуниты.

Технологический процесс получения алюминия

1). Получение глинозема (Al2O3) из алюминиевых руд;

2). Получение алюминия из глинозема;

3). Рафинирование алюминия.

Глинозем получают тремя способами: щелочным, кислотным и электролитическим. Наибольшее распространение имеет щелочной способ (метод К. И. Байера, разработанный в России в конце позапрошлого столетия и применяемый для переработки высокосортных бокситов с небольшим количеством (до 5-6%) кремнезема). С тех пор техническое выполнение его было существенно улучшено. Схема производства глинозема по способу Байера представлена на рис. 1.

Сущность способа состоит в том, что алюминиевые растворы быстро разлагаются при введении в них гидроокиси алюминия, а оставшийся от разложения раствор после его выпаривания в условиях интенсивного перемешивания при 169-170оС может вновь растворять глинозем, содержащийся в бокситах. Этот способ состоит из следующих основных операций:

1). Подготовки боксита, заключающийся в его дроблении и измельчении в мельницах; в мельницы подают боксит, едкую щелочь и небольшое количество извести, которое улучшает выделение Al2O3; полученную пульпу подают на выщелачивание;

2). Выщелачивания боксита (в последнее время применяемые до сих пор блоки автоклав круглой формы частично заменены трубчатыми автоклавами, в которых при температурах 230-250°С (500-520 К) происходит выщелачивание), заключающегося в химическом его разложении от взаимодействия с водным раствором щелочи; гидраты окиси алюминия при взаимодействии со щелочью переходят в раствор в виде алюмината натрия:

AlOOH+NaOH → NaAlO2+H2O

или

Al(OH)3+NaOH → NaAlO2+2H2O;

содержащийся в боксите кремнезем взаимодействует со щелочью и переходит в раствор в виде силиката натрия:

SiO2+2NaOH → Na2SiO3+H2O;

в растворе алюминат натрия и силикат натрия образуют нерастворимый натриевый алюмосиликат; в нерастворимый остаток переходят окислы титана и железа, предающие остатку красный цвет; этот остаток называют красным шламом. По окончании растворения полученный алюминат натрия разбавляют водным раствором щелочи при одновременном понижении температуры на 100°С;

3). Отделения алюминатного раствора от красного шлама обычно осуществляемого путем промывки в специальных сгустителях; в результате этого красный шлам оседает, а алюминатный раствор сливают и затем фильтруют (осветляют). В ограниченных количествах шлам находит применение, например, как добавка к цементу. В зависимости от сорта бокситов на 1 т полученной окиси алюминия приходится 0,6-1,0 т красного шлама (сухого остатка);

4). Разложения алюминатного раствора. Его фильтруют и перекачивают в большие емкости с мешалками (декомпозеры). Из пересыщенного раствора при охлаждении на 60°С (330 К) и постоянном

перемешивании извлекается гидроокись алюминия Al(OH)3. Так как этот процесс протекает медленно и неравномерно, а формирование и рост кристаллов гидроокиси алюминия имеют большое значение при ее дальнейшей обработке, в декомпозеры добавляют большое количество твердой гидроокиси — затравки:

Na2O ּ Al2O3+4H2O → Al(OH)3+2NaOH;

5). Выделения гидроокиси алюминия и ее классификации; это происходит в гидроциклонах и вакуум-фильтрах, где от алюминатного раствора выделяют осадок, содержащий 50-60% частиц Al(OH). Значительную часть гидроокиси возвращают в процесс декомпозиции как затра­вочный материал, которая и остается в обороте в неизменных количествах. Оста­ток после промывки водой идет на кальцинацию; фильтрат также возвращается в оборот (после концентрации в выпарных аппаратах — для выщелачивания новых бокситов);

6). Обезвоживания гидроокиси алюминия (кальцинации); это завершающая операция производства глинозема; ее осуществляют в трубчатых вращающихся печах, а в последнее время также в печах с турбулентным движением материала при температуре 1150-1300оС; сырая гидроокись алюминия, проходя через вращающуюся печь, высушивается и обезвоживается; при нагреве происходят последовательно следующие структурные превращения:

Al(OH)3 → AlOOH → γ-Al2O3 → α-Al2O3

4. Изготовление отливок в оболочковые формы.

Литьё в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300 °C, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 600-700 °C) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.

Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

1.Классификация способов изготовления отливок.

Основными способами изготовления металлических заготовок и деталей являются литье, обработка давлением и обработка резанием. Изделия, сложной формы могут быть получены также сваркой, пайкой или клепкой деталей, полученных предварительно литьем или обработкой давлением. Все большее количество заготовок и деталей машин производят с использованием методов порошковой металлургии.

Литейное производство является одной из отраслей машиностроения. Задача литейного производства – изготовление изделий любой массы, разнообразных по форме и размерам (в том числе с внутренними полостями) из металлов и сплавов, обладающих жидкотекучестью. Доля литых деталей в большинстве изготовляемых машин составляет в 40-50%, а по стоимости изготовления их– 10-15%.

При литье металлический расплав заливают в заранее приготовленные литейные формы, которые бывают разовыми или постоянными.

Выбор способа литья определяется служебным назначением детали, производственной программой, экономической целесообразностью, а также требуемой точностью и качеством поверхности отливок.

Большая часть отливок изготовляется литьем в песчаные формы. В некоторых случаях применяют специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в постоянные металлические формы – кокили, под давлением, под регулируемым давлением, центробежное, электрошлаковое и др.

Основные операции технологического процесса изготовления отливок могут быть объединены в три группы: формовки; плавки и заливки; выбивки и очистки отливок.

Виды литья

Известно множество разновидностей литья:

1) в песчаные формы (ручная или машинная формовка);

2) в многократные (цементные, графитовые, асбестовые) формы; 3) в оболочковые формы; 4) по выплавляемым моделям; 5) по замораживаемым ртутным моделям;

6) центробежное литьё;7) в кокиль; 8) литьё под давлением; 9) по газифицируемым (выжигаемым) моделям; 10) вакуумное литьё; 11) электрошлаковое литьё; 12) литьё с утеплением.

Так как разновидности литья различаются одновременно по многим разнородным признакам, то возможны и комбинированные варианты, например, электрошлаковое литьё в кокиль.

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО — отрасль машиностроения, за­нимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость ко­торой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет кон­фигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продук­цию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА- Это система, каналов через которые расплавленный металл подают в полость формы. Обеспечивает заполнение форм с заданной скоростью. Задержание шлака не Ме включениях , выход газов и паров из полости формы, непрерывную подачу расплавленного Ме в затвердевающие отливки .

Основные элементы лит. Сист.

1.Литниковая чаша (воронка) предназначена для приема расплава из разливочного ковша и задержание шлаков.

2.Стояк – вертикальный канал, передающий расплав из литниковой чаши к другому элементу лит. Системы.

3.шлакоуловитель – горизонтальный канал, который служит для задержания шлака и передачи расплава от стояка к питателю

4.Питатель – каналы для подачи расплава в пол лит. Формы. Должны обеспечить пост. плавное поступление. Обычно нижний пол.

5.Выпор служит для отвода газов из полости форм, для контроля окончания заливки.

6.Коллектор – распределительный канал для направления расплава к разным частям отливки. Расположен горизонтально по разъему формы; 7.Прибыль – для компенсации усадки

2.Физические основы литья.

ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ЛИТЬЯ

Определяется тремя важнейшими понятиями: «жидкотекучесть», «кристаллизация», «усадка».

ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ – способность материала заполнять форму в жидком состоянии. Жидкотекучесть зависит от вязкости и удельной теплоты плавления материала, а также от теплопроводимости и начальной температуры пресс-формы.Испытание материала на жидкотекучесть проводят по спиральной пробе

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ – образование и рост кристаллов в затвердевающем металле. Процесс происходит в направлении, перпендикулярном поверхности теплоотдачи. Вследствие этого образовавшиеся зерна – монокристаллы в наружных областях мельче (рис. 3).

УСАДКА - Свойство литейных сплавов уменьшать объём при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают объёмную и линейную усадку, выражаемую в относительных единицах.

ЛИНЕЙНАЯ УСАДКА - уменьшение линейных размеров отливки при её охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением, %:

где l_ф и l_отл - размеры полости формы и отливки при комнатной температуре.

На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшаем повышение содержания кремния. Усадку отливок уменьшает снижение температуры заливки. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

При охлаждении отливки происходит механическое и термическое торможение усадки. Механическое торможение возникает вследствие трения между отливкой и формой. Термическое торможение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются совместному воздействию механического и термического торможения.

Линейная усадка для серого чугуна составляет 0,9-1,3%, для высокопрочного чугуна до 1.7%, для ковкого чугуна …%, для углеродистых сталей 2-2,4%, для алюминиевых сплавов 0,9-1,5%, для медных 1,4-2,3%.

ОБЬЕМНАЯ УСАДКА - уменьшение объёма сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объёмную усадку определяют соотношением, %:

где V_ф и V_отл – объем полости формы и отливки при температуре 20C. Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке.

ЛИКВАЦИЯ возникает в рез-те того, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной темп-ре, а в интервале темп-р. При этом состав кристаллов, образ, в начале затвердевания, может существ, отличаться от состава последних порций кристаллиз. маточного р-ра. Чем шире темп-рный интервал кристаллизации сплава, тем большее развитие получает л., причем наиб, склонность к ней проявляют те компонеты сплава, к-рые наиб, сильно влияют на ширину интервала кристаллизации

7. Изготовление отливок центробежным литьем.

Центробежное литье – это способ формирования отливок под действием центробежных сил при свободной заливке металла во вращающиеся формы. Центробежным способом получают отливки из чугуна, стали, сплавов на основе меди, алюминия, цинка, магния, титана и др.

Формирование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.

Центробежное литье осуществляют на центробежных машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения в металлических, песчаных, оболочковых формах и формах для литья по выплавляемым моделям.

Центробежным литьем изготавливают отливки из чугуна, стали, сплавов титана, алюминия, магния и цинка (трубы, втулки, кольца, подшипники качения, бандажи железнодорожных и трамвайных вагонов).

Изготовление фасонных отливок центробежным литьем: а — металлическая форма; б — песчаная форма; 1 — стояк; 2 — металлическая форма; 8,4,7 — стержни; 5 — нижняя полуформа; 6 — верхняя полуформа