Обробка деталей на токарно-револьверних верстатах. 1 Руди, флюси та паливо, що використовується при виробництві чавуну

План

1 Руди, флюси та паливо, що використовується при виробництві чавуну

2 Будова доменної печі

Доменний процес

4 Продукти доменної печі

1 Руди, флюси і паливо, що використовується при виробництві чавуну

Чавун – залізовуглецевий сплав, що містить більш 2% вуглецю. Крім вуглецю, у ньому завжди присутні кремній (до 4%), марганець (до 2%), а також фосфор і сірка. Чавун є основним вихідним матеріалом для одержання сталі, на що витрачається приблизно 80-85% усього чавуну.

Залізні руди – основний вихідний матеріал для виплавки чавуна. Порожня порода звичайно складається з кварцу і піщаників з домішкою глин, тобто є кислою (надлишок Si₂).

Залізні руди на відміну від мідних і багатьох інших відносно багаті. Найбільш багаті руди містять 60% заліза і більше, найбільш бідні 30-40%.

У залізних рудах завжди присутні шкідливі домішки – сірка і фосфор. По типу рудного мінералу руди бувають наступних основних видів:

- червоний залізняк. Рудний мінерал – гематит, безводний оксид заліза Fe₂O₃ (70% Fe). Руда звичайно містить 50-60% Fe. Це найбільш розповсюджений вид руди в усім світі.

- магнітний залізняк. Рудний мінерал – магнетит, магнітний оксид заліза Fe₃O₄ (72,4% Fe), у руді 55-60% Fe.

- бурий залізняк. Рудний мінерал – водні оксиди заліза nFe₂O₃ · m₂O (52-66% Fe). У руді звичайно утримується 30-50% Fe.

- шпатовий залізняк. Рудний мінерал – сидерит, карбонат заліза FeCO₃ (48,3% Fe), у руді звичайно 30-40% Fe.

Доменні флюси необхідні для видалення з доменної печі тугоплавкої порожньої породи руди і золи палива. Сплавляючись з флюсом, вони утворять легкоплавкий сплав – доменний шлак; у розплавленому стані він віддаляється з печі через шлакову льотку. Крім того, флюс повинен забезпечити одержання шлаку з необхідним хімічним складом і фізичними властивостями, що значною мірою визначає склад чавуна.

Флюси вибирають у залежності від порожньої породи руди. У вітчизняних залізних рудах порожня порода, як правило, містить надлишок Si₂. Тому як флюс використовують вапняк CaCO₃. Типовий металургійний вапняк після випалу містить 50-55% Ca. Надлишок вапняку в доменному шлаку сприяє також видаленню з чавуна сірки. На вітчизняних заводах флюси вводять у доменну піч головним чином у вигляді офлюсованного агломерату й офлюсованних окатишів.

Паливо в доменних печах служить не тільки джерелом тепла, але реагентом, що забезпечує відновлення заліза з руди й утворення чавуна (шляхом навуглцьовування заліза).

Основні вимоги до доменного палива – висока теплотворність, малий зміст золи, чистота по змісту шкідливих домішок. Паливо повинне мати високу механічну міцність, тому що його дроблення перешкоджає нормальному рухові пічних газів, а також високу пористість для забезпечення інтенсивного горіння. Паливо повинне бути недефіцитним і мати невисоку вартість.

Кокс є головним видом палива в доменних печах і в середньому містить 10-13% золи, 0,5-2% сірки. Він досить міцний, що дозволяє будувати великі доменні печі обсягом до 5000 м³. На виплавку 1т чавуна витрачається близько 550 кг коксу. При цьому вартість коксу складає 45-55% собівартості чавуна.

Вдування 60-100 м³ природного газу на 1т виплавлюваного чавуна знижує витрату коксу на 10-15%, підвищує відновлювану здатність доменних газів, забезпечує більш високу продуктивність доменної печі. Найбільш ефективним виявилося застосування природного газу в сполученні з високотемпературним дуттям, збагаченим киснем.

2 Будова доменної печі

Доменна піч (рисунок 1) – вертикальна піч шахтного типу. Її висота (до 35 м) приблизно в 2,5-3 рази більше діаметра.

Стінки печі викладають з вогнетривких матеріалів – в основному із шамоту. Нижню частину горна і його підставка (лещадь) виконують з особливо вогнетривких матеріалів – вуглецевих (графитизованих) блоків. Для підвищення стійкості вогнетривкої кладки в ній установлюють (приблизно на ¾ висоти печі) металеві холодильники, по яких циркулює вода. Для зменшення витрати води (для великих печей до 70000 м³ у добу) застосовують випарне охолодження, заснована на тім, що поглинене тепло використовується для паротворення.

Кладка печі зовні укладена в сталевий кожух товщиною до 40 мм. Для зменшення навантаження на нижню частину печі її верхню частину (шахту) споруджують на сталевому кільці, що спирається на колони.

Зі збільшенням корисного обсягу (робочого простору) доменних печей підвищується їхня економічність.

Сучасні великі доменні печі мають об’єм 2000-3000 м³.

На Криворізькому заводі з 1974 р. працює піч об’ємом 5000 м³.

Повітря для горіння палива вдувається через 14-36 фурм у верхню частину горна печі.

У сучасну доменну піч для виплавки 1т чавуна вдувається близько 3000 м³ повітря; його витрата на великих печах досягає 6000-7000 м³/хв, що забезпечується швидкохідними турбоповітродувними машинами (3500-4500 об/хв). Повітря нагрівається в спеціальних повітронагрівачах. Кожну доменну піч обслуговують три-чотири автоматично переключаємих повітронагрівача.

Застосування високотемпературного дуття призвело до значної інтенсифікації плавки. За останні роки температура повітряного дуття була підвищена до 1200-1300⁰ С.

Значний ефект дало підвищення тиску під колошником приблизно до 2,5 атм., що приводить до зменшення швидкості газу, поліпшенню теплообміну й інтенсифікації фізико-хімічних процесів. Найбільшим удосконаленням виявилося збагачення дуття киснем (до 30%). Найбільший ефект дало комплексне використання цих мір при застосуванні природного газу. Продуктивність печей підвищилася приблизно на 50%, а витрата коксу знизилась на 25-30%.

Доменна піч працює безупинно протягом 5-10 років. Для цього в міру необхідності в неї завантажують окремими порціями (колошами) шихтові матеріали, періодично випускають чавун і шлак, безупинно видаляють доменні гази.

Для виплавки 1т передільного (мартенівського) чавуна в середньому витрачається близько 1,8т офлюсованного агломерату, 550 кг коксу. Таким чином, піч об’ємом 3000 м³ у добу споживає приблизно 8500т шихтових матеріалів і виплавляє близько 5000-5500т чавуна.

До допоміжних пристроїв, що забезпечують роботу печі, відносяться: шихтові двори, обладнані вантажно-розвантажувальними пристроями; бункерні естакади з вагонами-вагами для автоматичного зважування шихтових матеріалів, піднімальні механізми, що доставляють візки-скіпи із шихтою до завантажувального апарата доменної печі.

Рисунок 1- Доменна піч: 1 — захисні сегменти колошника; 2 — великий конус; 3 — прийомна лійка; 4 — малий конус; 5 — розподільник шихти; 6 — лійка великого конуса; 7 — похилий міст; 8 — скіп; 9 — повітряна фурма; 10 — чавунна льотка; 11 — шлакова льотка.

Для нормальної роботи печі необхідні також повітронагрівачі й інші пристрої для здійснення гарячого дуття, ливарний двір, ковші – чавуновози і шлаковози, розливочні машини і т.д.

Доменний процес

Доменна піч працює за принципом противотоку. Шихтові матеріали – агломерат, кокс і ін. – завантажують зверху за допомогою засипного (завантажувального) апарата. Назустріч матеріалам, що опускаються, знизу вверх рухається потік гарячих газів, що утворяться при згорянні палива (коксу), а також природного газу.

У доменній печі протікають наступні основні процеси.

Відновлення заліза. Цей процес відбувається послідовно від вищих оксидів до нижчого і далі до чистого металу: Fe₂O₃ – Fe₃O₄ – Fe – Fe.

Головними відновлювачами заліза в доменній печі є оксид вуглецю і твердий вуглець коксу. Деяка кількість заліза відновлюється воднем.

Відновлення оксидом вуглецю називається непрямим (непрямим) відновленням і відбувається по реакціях

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ + Q;

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂ - Q;

FeO + CO = Fe + CO₂ + Q.

Відновлення Fe₂O₃ починається при порівняно низьких температурах (400-500º С) у верхній частині шахти печі. В міру опускання рудних матеріалів підвищуються температура і вміст СО у доменних газах; при цьому створюються умови для остаточного відновлення заліза. Ці процеси закінчуються в нижній частині шахти печі при температурах близько 900-950º С.

Рисунок 2 - Сучасний доменний цех: 1 — доменна піч; 2 — чавунна льотка; 3 — чавуновози; 4 — газовідводи; 5 — ливарні двори; 6 — повітронагрівачі; 7 — димар; 8 — повітропроводи холодного і гарячого дуття; 9 — пункт керування; 10 — пиловловлювач; 11 — апарати тонкого газоочищення; 12 — скіповий підйомник; 13 — бункерна естакада; 14 — газопроводи брудного і чистого газу; 15 — ліфт; 16 — агломераційна фабрика.

Одночасно в шахті печі відбувається також непряме відновлення оксидів заліза воднем по реакціях, аналогічним реакціям відновлення оксидом вуглецю (наприклад, 3Fe₂O₃ + Н₂ = 2Fe₃O₄ + Н₂О і т. д.).

Відновлення твердим вуглецем називається прямим відновленням. Воно відбувається при температурах вище 950-1000º С (зона розпару печі) по реакції Fe + C = Fe + CO – Q.

Навуглецьовування заліза. Відновлення заліза починається при 400-500ºС і закінчується при 1300-1400ºЗ (у розпарі печі). При цих температурах залізо (T пл. = 1539º С) знаходиться у твердому стані у виді пористої губчатої маси.

Постійними корисними домішками чавуна є марганець і кремній, шкідливими – сірка і фосфор.

Марганець – постійна домішка залізних руд. При виплавці чавунів з підвищеним змістом марганцю в доменну піч завантажується марганцева руда.

Кремній знаходиться в порожній породі руди й у золі коксу у виді вільного кремнезему Si₂ або у виді силікатів (Si₂ · 2СaO й ін.).

Інші корисні домішки – нікель, ванадій, титан і т.д. – попадають у доменну піч у вигляді домішок залізної руди. При доменній плавці нікель відновлюється і переходить у чавун цілком, хром – на 85-95%, ванадій – на 70-80%.

Фосфор – шкідлива домішка залізних руд знаходиться в них головним чином у виді P₂O₅ · 3СaO. Відновлення фосфору відбувається оксидом вуглецю СО, воднем, а також твердим вуглецем. Весь фосфор, внесений шихтою, відновлюється і переходить у чавун практично цілком.

Сірка – особливо шкідлива домішка в чавуні (а також у сталі). Основну кількість сірки вносить кокс, частину – залізна руда, агломерат, окатиші. У доменній печі 10-20% сірки віддаляється у виді з'єднань. Інша частина сірки переходить у чавун і в шлак у виді сульфідів Fe, Ca і ін. Сульфід заліза добре розчиняється в чавуні.

В умовах доменної плавки основним способом десульфації, тобто видалення сірки з металу, є утворення сульфіду кальцію Ca по реакції Fe + Ca = Fe + Ca + Q.

Частина сірки віддаляється за допомогою магнію Mg (завжди утримується в шлаку), а також марганцю по реакціях Fe + Mg = Fe + Mg і Fe + Mn = Fe + Mn.

Шлакоутворення починається приблизно в розпарі печі. Первинний шлак утвориться в результаті сплавки Ca, Si_2, Al₂O₃ і інших окислів, що знаходяться в складі флюсу і порожньої породи руди. При визначених співвідношеннях по масі ці тугоплавкі оксиди можуть утворювати легкоплавкі суміші – сплави з Т пл = 1150-1200˚ С. Стікаючи вниз і накопичуючись в горні, шлак істотно змінює свій склад. У результаті взаємодії з розплавленим чавуном і залишками незгорілого коксу в шлаку відновлюються оксиди заліза і марганцю, у ньому розчиняються Fe, Mn, зола коксу і т.д. Хімічний склад шлаку визначає склад чавуна і тому при виплавці передільних, ливарних і інших чавунів завжди підбирають шлак відповідного складу. Типовий склад шлаку: 40-50% Ca; 38-40% Si₂; 7-10% Al₂O_3.

4 Продукти доменної печі

Розплавлений чавун випускають через одну-дві чавунні льотки по 10-18 разів у добу. У ковшах-чавуновозах ємністю 80-100т його по залізничних коліях подають або в сталеплавильний цех для переділу в сталь, або на розливочну машину. У першому випадку чавун зливають у міксери ємністю до 2000т, опалювальні газом. При витримці в міксері вирівнюються хімічний склад і температура чавуна, відбувається додаткове видалення сірки.

Розливочна машина являє собою конвеєр з укріпленими на ньому формами (мульдами); у них одержують невеликі злитки – чавунні чушки (до 55 кг), що направляють на інші заводи.

Чавуни і феросплави. У доменних печах виплавляють передільні і ливарні чавуни, а також деякі феросплави.

Доменний шлак – побічний продукт плавки – у міру його нагромадження випускають у розплавленому стані через шлакові льотки в ковші-шлаковози ємністю 30т, що транспортуються по залізничних коліях. Ще порівняно недавно шлаки направляли у відвал. В даний час шлак усе ширше використовують для одержання будівельних матеріалів.

Доменний або колошниковий газ виділяється у великих кількостях і безупинно віддаляється через газовідводи в колошнику з доменної печі.

При згорянні 1т коксу утвориться близько 5000 м³ газу. Таким чином, у великих печах обсягом 3000-3200 м³ у добу виділяється приблизно 15-17 млн. м³ газу. Він містить значну кількість пальних складових, його теплотворна здатність близько 850-950 кал / м³. Після очищення від пилу (часток руди, палива, флюсів) доменний газ використовують як паливо для нагрівання повітронагрівачів доменних печей, водяних і парових казанів. У суміші з більш висококалорійним коксовим або природним газами його застосовують також для опалення мартенівських і нагрівальних печей. Колошниковий пил містить 45-50% Fe і неї використовують при агломерації.

Основними показниками роботи доменної печі є її продуктивність і витрата коксу на 1т чавуна.

Питання для самоперевірки

1. Що є основним вихідним матеріалом для виплавки чавуна?

2. Яких основних видів бувають руди по типу рудного мінералу?

3. Для чого використовують кокс при виготовленні чавуну?

4. Які показники роботи доменної печі?

5. Які основні процеси протікають у доменній печі?

Список використаних джерел:

1. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. И др. - М.: Металпургия, 1987 г. - 800 с., ил

2. Хільчевський Б. В., Кондратюк С. Є., Степаненко В. О. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів. Навч. посібник. – К.: Либідь, 2002. -328 с.

СРС № 2

Тема: Діаграма стану системи Fe-Fe₃C (залізо-цементит)

Мета: ознайомити студентів з будовою, принципом використання діаграми системи Fe-Fe₃C, класифікацією чистих компонентів, сформувати активність, виробити навички самостійного вибору правильного варіанта використання основних фаз.

План

1 Діаграма системи Fe-Fe₃C її лінії, крапки, концентрації, температури

2 Кристалізація і формування структури сплавів

3 Кристалізація сплавів та криві охолодження сплавів

1 Діаграма системи Fe-Fe₃C її лінії, крапки, концентрації, температури

Усі лінії діаграми можна поділити на наступні групи: лінії ліквідус – початок затвердіння при охолодженні або кінець плавлення при нагріванні; лінії солідус – кінець затвердіння при охолодженні і початок плавлення при нагріванні; лінії перетворення у твердому стані. З них особливо виділяються горизонтальні лінії.

У таблиці 1 приведені основні характеристики ліній діаграми.

Концентрація вуглецю в характерних крапках діаграми приводиться в таблиці 2.

У системі залізо-цементит має місце безваріантна трифазна рівновага: при евтектичній метастабільній (1147 С) рівновазі, при метастабільній (727 С) евтектоїдній рівновазі.

2 Кристалізація і формування структури сплавів

Сталями називаються залізовуглецеві сплави зі вмістом вуглецю до 2,14 %. Сплави з великим вмістом вуглецю (2,14 до 6,67 %) називаються чавунами. Границею між сталями і чавунами прийнято вважати проекцію крапки Е, тобто крапки максимального насичення аустеніту вуглецем, від якої починається лінія евтектичної рівноваги. У результаті первинної кристалізації сталі утворюється аустеніт (лінія АЕ).

На відміну від сталей структура чавуну характеризується наявністю евтектики, що складається з аустеніту і цементиту.

Таблиця 1 - Характеристики ліній діаграми

Індекс ліній	Температурний інтервал, С	Інтервал концентрацій (% вуглецю)	Основна характеристика лінії
Лінія ліквідусу
АС СD	1539 – 1147 1147  1600	0 – 4,3 4,3 – 6,67	Лінія ліквідус (початок затвердіння аустеніту). Лінія ліквідус (початок затвердіння первинного цементиту)
Лінія солідуса
АЕ	1539 – 1147	0 – 2,14	Кінець затвердіння аустеніту
ЕС	1147	2,14 – 6,67	Лінія евтектичної рівноваги

Лінії перетворення у твердому стані
SE	727 – 1147	0,8 – 2,14	Лінія обмеженої розчинності вуглецю в аустеніті. Початок виділення вторинного цементиту.
GS	911 – 727	0 – 0,8	Початок аллотропічного перетворення аустеніту у феррит
GP	911 – 727	0 – 0,025	Кінець аллотропічного перетворення (аустеніту у феррит)
PSK	727	0,025 – 6,67	Лінія евтектоїдної рівноваги аустеніту, феррита, цементиту
PQ	727 – комн.	0,025 – 0,006	Лінія виділення третинного цементиту

Первинна кристалізація сталі. На рисунку 1 показана верхня ділянка спрощеної діаграми Fe-Fe₃C.

Рисунок 1 - Верхня ліва ділянка спрощеної діаграми стану залізо-цементит.
а) Первинна кристалізація сплавів до 2,14 %С (сталей); б) крива охолодження сплаву 1

У сталях з рідкої фази кристалізується аустеніт. Склад рідкої фази змінюється по проекції лінії АС на вісь концентрацій, твердої фази по проекції лінії АЕ.

Перетворення у твердому стані. Остаточне формування структури сталі відбувається в результаті перетворень аустеніту при подальшому охолодженні. Основою цього перетворення є поліморфізм, зв'язаний з перегрупуванням атомів із ГЦК ґрат аустеніту в ОЦК ґрати феррита, а також зміна розчинності вуглецю по лінії ES в аустеніті і PQ у ферриті. У сплавах зі вмістом від 0,025 до 2,14 %С вторинні перетворення починаються при температурах, що відповідають лініям GS і SE і закінчуються при температурі нижче 727 С і лінії PSK, у результаті евтектоїдної реакції.

Критичні крапки аустеніт  феррит перетворення (лінія GS) у доевтектоїдних сталях позначаються так само, як аллотропічне перетворення в чистому залізі, з індексом А₃, тобто при нагріванні Ас₃,тобто при охолодженні Аr₃. Виділення цементиту з аустеніту в заевтектоїдній сталі (лінія SE) позначається індексом Аc_m. При температурі 727 С (лінія PSK) критичні крапки позначаються індексом А₁; при нагріванні Ас₁; при охолодженні Аr₁. Розпад аустеніту при евтектоїдному перетворенні по метастабільній системі проходить з утворенням феррита і цементиту при переохолодженні нижче 727 С.

А_0,8  Ф_0,02 +Ц

(Евтектоїдна суміш феррита і цементиту називається перлітом).

Розглянемо структуроутворення декількох груп сплавів. На мал. 18 приведена ліва нижня частина діаграми стану залізо-цементит із кривими охолодження типових сплавів і мікроструктурою.

Сплави, вміст вуглецю в яких не перевищує 0,006 %С (на прикладі сплаву 1). До температури трохи нижче t₃ (лінія GS) аустеніт прохолоджується без зміни складу. В інтервалі t₃ – t₄ відбувається поліморфне А  Ф перетворення. На стиках і границях зерен аустеніту виникають зародки феррита, що ростуть і розвиваються за рахунок атомів аустенітної фази. Нижче температури t₄ сплав складається з однорідного  - твердого розчину – феррита. При подальшому охолодженні ніяких перетворень не відбувається.

Сплави із вмістом вуглецю від 0,006 до 0,025 % (сплав ІІ рисунок 1). Так само як і в попередньому сплаві в інтервалі температур t₅ – t₆ відбувається поліморфне А  Ф перетворення. Нижче t₆ у сплаві знаходиться ферритна фаза. Однак нижче температури t₇ зміна складу феррита, відповідно до граничної розчинності вуглецю у ферриті по лінії РQ, призводить до утворення більш високовуглецевої фази – цементиту.

Таблиця 4 - Кристалічні фази залізовуглецевих сплавів

Назва фази	Природа фази	Структура
a-феррит	Твердий розчин упровадження вуглецю в -Fe	Об’ємоцентрована кубічна
Аустеніт	Твердий розчин упровадження вуглецю в -Fe	Гранецентрована кубічна
-феррит	Твердий розчин упровадження вуглецю в -Fe	Об’ємоцентрована кубічна
Графит	Поліморфна модифікація вуглецю	Гексогональна шарувата
Цементит	Карбід заліза Fe3C	Ромбічна

Цей цементит називається третинним. Як правило третинний цементит розташовується по границях ферритних зерен. Максимальна кількість третинного цементиту складає близько 0,3 %. Незважаючи на таку малу кількість, розташування його навколо зерен феррита у вигляді тендітних оболонок надає маловуглецевому сплавові низькі пластичні властивості, тобто приводить до його хрупкості. В запобіганні цього проводиться спеціальна термічна обробка – старіння, у результаті якої третинний цементит виділяється у виді дисперсних часток, рівномірно розподілених по всьому зерну.

Сталь евтектоїдного складу – вміст вуглецю 0,8 %.

У цьому випадку при охолодженні аустеніту є тільки одна критична крапка А_s, що відповідає температурі 727 С. При цій температурі аустеніт знаходиться в рівновазі з ферритом і цементитом:

А_s Ф_p+ Ц

3 Кристалізація сплавів та криві охолодження сплавів

Доевтектоїдні сталі. Сплави зі вмістом вуглецю від 0,025 до 0,8 % називаються доевтектоїдними сталями. Розглянемо фазові і структурні зміни доевтектоїдної сталі на прикладі сплаву ІІІ. В інтервалі температур t₈–727C йде поліморфне перетворення А  Ф. Склад аустеніту змінюється по лінії GS, а феррита – по лінії GP.

Рисунок 2 - Ліва нижня ділянка діаграми стану залізо-цементит. Вторинна кристалізація сплавів: а) діаграма, б), в), г), д), е) криві охолодження сплавів

При 727 С концентрація вуглецю в аустеніті дорівнює 0,8 % (крапка S) і у ферриті – 0,025 % (крапка Р).

Нижче цієї температури відбувається евтектоїдне перетворення. У рівновазі знаходяться три фази: феррит складу крапки Р, аустеніт складу крапки S, цементит. На криві охолодження або нагрівання спостерігається температурна зупинка. Таким чином, структура доевтектоїдної сталі характеризується надлишковими кристалами феррита і евтектоїдної суміші феррита з цементитом, названої перлітом. Кількісні співвідношення феррита і перліту залежать від складу сплаву. Чим більше вуглецю в доевтектоїдній сталі, тим більше в структурі її перліту і, навпаки, чим менше вуглецю, тим більше феррита і менше перліту. При подальшому охолодженні в результаті зміни розчинності вуглецю у ферриті (відповідно лінії РQ) виділяється третинний цементит. Однак у структурі знайти його при наявності перліту неможливо.

Заевтектоїдні сталі. Сплави із вмістом вуглецю від 0,8 до 2,14 % називаються заевтектоїдними. Процеси структуроутворення розглянемо на прикладі сплаву V. До температури t₁₀ (лінія ES) аустеніт прохолоджується без зміни складу. Трохи нижче цієї температури аустеніт досягає граничного насичення вуглецем відповідно до лінії розчинності вуглецю в аустеніті ЕS. В інтервалі температур t₁₀  727 C з пересиченого аустеніту виділяється високовуглецева фаза – цементит, що називається вторинним. Склад аустеніту змінюється по лінії ЕS і при температурі 727 С досягає крапки S (0,8 %С). Максимальна кількість вторинного цементиту:

% Ц_{вторичн.}= (2,14  0,8) 15= 18

Нижче 727 З відбувається евтектоїдне перетворення: аустеніт складу крапки S (0,8 %С) розпадається на суміш феррита складу крапки Р (0,025 %С) і цементиту. Таким чином, структура заевтектоидної сталі характеризується зернами перліту і вторинного цементиту.

При повільному охолодженні цементит, як правило розташовується у вигляді тонкої оболонки. У розрізі це виглядає як сітка цементиту. Більш сприятливою формою цементиту є зерниста, вона не приводить до значного зниження пластичних властивостей сталі.

Чавуни. Усі перетворення в білих чавунах, починаючи від затвердіння і до кімнатних температур, цілком проходять по метастабільній діаграмі Fe-Fe₃C. Наявність цементиту додає зламові світлий блискучий колір, що привело до терміна “білий чавун”. Незалежно від складу сплаву обов'язковою структурною складовою білого чавуна є цементитна евтектика (ледебурит).

Евтектичний білий чавун. Розглянемо процеси затвердіння, формування первинної структури і подальших структурних перетворень у твердому стані сплаву евтектичного складу з 4,3 %С.

Затвердіння відбувається в один етап при температурі нижче 1147 С. Рідка фаза з 4,3 %С утворить евтектичну структуру: суміш аустеніту зі 2,14 %С і цементиту. Ця евтектика називається ледебуритом. Як і всяка евтектична реакція, протікає при постійній температурі і постійному складі фаз. При евтектичній реакції нижче (1147 С) вміст вуглецю в аустеніті максимальний (2,14 %). Подальше охолодження від температури 1147 С до 727 С приводить до безперервного зменшення в ньому вуглецю відповідно до лінії обмеженої розчинності ЕS. Вуглець виділяється з аустеніту у виглядіді цементиту, що називається вторинним цементитом (Ц_{вторичн.}). Нижче температури 727 С аустеніт евтектики складу (0,8 %С) перетерплює евтектоїдне перетворення , тобто утвориться перліт.

Таблиця 5 - Координати точок діаграми Fe — С

Точка	Температура, °С	Концентрація вуглецю, %
A		0,000
B		0,50
С'		4,26
С		4,30
N		0,000
Н		0,10
J		0,16
G		0,000
E'		2,01
E		2,03
S'		0,68
S		0,80
P'		0,023
P		0,025

Таким чином, нижче 727 С ледебурит являє собою суміш перліту і цементиту. Такий ледебурит називається перетвореним. При охолодженні до кімнатної температури в результаті зміни розчинності вуглецю у ферриті (лінія РQ) виділяється третинний цементит. Однак у структурі він не виявляється. Структура білого чавуна евтектичного складу являє собою одну евтектику – ледебурит. Темні ділянки (зернятка і пластинки) відповідають перлітним включенням, рівномірно розподіленим на світлому тлі цементиту.

Доевтектичні білі чавуни. Залізовуглецеві сплави складу 2,14 – 4,3 %С називаються доевтектичними білими чавунами. Від температури трохи нижче лінії ліквідус АС до 1147 С з рідини виділяються кристали аустеніту. Аустеніт кристалізується у формі дендритів, що, як правило, мають хімічну неоднорідність, називаною дендритною ліквацією. При температурі 1147 С концентрація рідкої фази досягає крапки С (4,3 %З), а аустеніту – крапки Е (2,14 %З). З рідини евтектичного складу утвориться суміш аустеніту і цементиту – ледебурит 1147 С.

Рисунок 3 - Діаграма стану “залізо-цементит” (структурна) і кристалізація білих чавунів. а) – діаграма, б), в), г) – криві охолодження сплавів зі схемами мікроструктур при нормальній температурі.

Таким чином, нижче евтектичної лінії ЕС структура характеризується надлишковими кристалами аустеніту і евтектикою (ледебуритом). При охолодженні від 1147 до 727 С склад аустеніту безупинно змінюється по лінії ЕS, при цьому виділяється цементит вторинний (Ц_{вторин.}). Вторинний цементит виділяється як з надлишкового аустеніту, так і з аустеніту евтектики. Однак, якщо вторинний цементит, що виділяється з аустеніту евтектики, приєднується до евтектичного цементиту, то з надлишкового аустеніту він виділяється у виді оболонок навколо дендритів аустеніту і являє собою самостійну структурну складову.

Нижче 727 С весь аустеніт: і надлишковий, і той, котрий входить до складу евтектики – перетерплює евтектоїдне перетворення, при якому утвориться перліт. Таким чином, нижче 727 С структура доевтектичного білого чавуна характеризується наступними структурними складовими: надлишковим перлітом (колишнім аустенітом), ледебуритом перетвореним, що складається з перліту і цементиту і цементитом вторинним. Структура реального доевтектичного білого чавуна зображена на мал. 19в. Чим ближче склад сплаву до евтектичного, тим більше в ньому евтектики – ледебуриту.

Заевтектичний білий чавун. Залізовуглецеві сплави зі змістом вуглецю від 4,3 до 6,67 % (сплав Ш) називаються заевтектичними білими чавунами. Кристалізація починається при температурі t₄ трохи нижче лінії СD випаданням цементиту, що називається цементитом первинним (Ц_{первичн.}). Склад рідкої фази змінюється по лінії СD, тверда – залишається без зміни. При температурі 1147 С закінчується кристалізація надлишкових кристалів Ц_{первичн.}. Рідина складу крапки З (4,3 %З) згідно евтектичної реакції утворить ледебурит. При подальшому охолодженні зміна складу аустеніту по лінії ЕS приводить до виділення цементиту вторинного (Ц_{вторичнн.}), що приєднується до евтектичного.

Питання для самоперевірки

1. З яким процентним вмістом вуглецю застосовуються чавуни в техніці?

2. Як називається основна властивість металу мати декілька кристалічних модифікацій?

3. Яка структура кристалічної фази -феррит залізовуглецевих сплавів?

4. Скільки та які поліморфні модифікації має залізо?

5. Як називають евтектоїдну суміш фериту та цементиту?

6. Як називається твердий розчин вуглецю в -залізі?

Список використаних джерел:

1. Хільчевський Б. В., Кондратюк С. Є., Степаненко В. О. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів. Навч. посібник. – К.: Либідь, 2002. -328 с.

2. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. -Л.: Машиностроение 1987 г.-363с., ил.

3. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. И др. - М.: Металлургия, 1987 г. - 800 с., ил

СРС № 3

Тема: Класифікація та маркування чавунів

Мета: пояснити принцип маркування та класифікації чавунів, їх роль у виготовленні, ремонті деталей машин та механізмів, сформувати вміння виділяти головне в отриманій інформації, робити висновки.

План

1 Загальна класифікація чавуну

2 Маркування та класифікація окремих видів чавуну

2.1 Характеристика сірого чавуну

2.2 Одержання та використання високоміцного чавуну

2.3 Визначення та властивості ковкого чавуну

1 Загальна класифікація чавуну

Виливки з чавуну (чавунне лиття) одержують при заливанні у форми розплавленого у вагранках або інших плавильних печах доменного чавуну, сталевого й чавунного лома й феросплавів.

Рисунок 1 – Типові структури чавунів: а- ковкий чавун; б - високоміцний чавун с кулястим графітом на феритній основі.

Найбільше поширення мають виливки із ковкого чавуну із пластинчастим графітом (КЧПГ) (рисунок 1, а), виливки з високоміцного чавуну з кулястим графітом (ВЧКГ), виливки з сірого (довільної форми графіту) чавуну (КЧ) (рисунок 1, а); стандартизовані також антифрикційні, жаростійкі, корозійно-стійкі чавуни, чавунні зварювальні прутки для електричного й газового зварювання чавуну й чавунний дріб для дробеметального очищення.

2 Маркування та класифікація окремих видів чавуну

2.1 Характеристика сірого чавуну

Для сірого чавуну ГОСТ 1412—79 установлює наступні марки СЧПГ у виливках: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18, СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40, СЧ45. Число по маркуванню є основним показником механічної властивості - мінімальної межі міцності при розтягу —(кгс/мм²). Механічні властивості чавуну зумовлені будовою його основи, а також числом, формою й характером розташування включень графіту. Найбільш високою міцністю володіє перлітний чавун, що містить графіт у вигляді дрібних, рівномірно розташованих лусочок.

Розмір і форма графітових включень залежать від наявності в рідкому чавуні центрів кристалізації, швидкості охолодження й масового вмісту домішок, що сприяють виділенню графіту. Чим більше в рідкому чавуні нерозчинних дрібних часточок (центрів кристалізації), тим дрібніше буде графіт. Для збільшення числа центрів кристалізації в рідкий чавун перед розливанням по формах уводять добавки, що модифікують (алюміній, кальцій, кремній), які, розкисляючи чавун, утворять оксиди. Ці оксиди як дрібні зважені частки і є центрами кристалізації. Всі вищі марки СЧПГ (СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40, СЧ 45) одержують при модифікуванні. Ці чавуни мають також кращу стійкість проти тріщин, меншу крихкість.

2.2 Одержання та використання високоміцного чавуну

При одержанні високоміцного чавуну подальше підвищення міцності й досягнення значної пластичності чавуну забезпечується при модифікуванні, що визначає одержання глобулярного (кулястого) графіту замість пластинчастого. Графіт кулястої форми має менше відношення поверхні до обсягу, що визначає найбільшу суцільність металевої основи, а отже, і міцність чавуну. Така форма графіту виходить при присадках у рідкий чавун магнію. У високоміцного чавуну — феритна або перлітна основа (або їхнє сполучення); він має підвищену пластичність б = 2 — 17 % (у СЧПГ 0,2—0,5 %), а також ударну в'язкість КС = 200—600 кДж/м³ (у СЧПГ 20— 50 кДж/м³).

ГОСТ 7293—79 встановлює наступні марки ВЧШГ у виливках: ВЧ 38 - 17, ВЧ 42 - 12, ВЧ 45 - 6, ВЧ 50 - 2, ВЧ 50 - 7, ВЧ 60 - 2, ВЧ 70 - 2, ВЧ 80 - 2, ВЧ 100 - 2, ВЧ 120 - 2. Тут перше число вказує мінімальну межу міцності при розтягу (кгс/мм²), друге— відносне видовження б (%).

Міцність чавуну збільшується із збільшенням масового вмісту перліту в металевій основі й дисперсності глобулів графіту, пластичність - зі збільшенням масового вмісту фериту. Високоміцний чавун застосовують замість сталі для колінчатих валів двигунів, зубчастих коліс, муфт, задніх мостів автомобілів, маточин, картерів і ін.

Для подальшого підвищення міцності й одержання спеціальних чавунів (антифрикційних, жаростійких, коррозійно-стійких) їх легують (хромом, нікелем, титаном, міддю, марганцем, алюмінієм, свинцем,

Таблиця 1 - Фізичні, механічні властивості і призначення чавунів головних марок

Марка	Властивості	Призначення
фізичні	механічні
Густина , 103 кг/м3	Твердість НВ
Сірий чавун
СЧ 10	6,8-7,6	143-229	Вміру навантажені, що працюють без тертя деталі, до яких пред’являються головним чином потреби легкості (плити, шківи, корпуса)
СЧ 15	6,8-7,1	163-229	Вміру навантажені деталі, що працюють при тиску між поверхнями 50.106 Па (шківи, маховики)
Сч 18	7,0-7,1	170-229	Вміру навантажені деталі, що працюють при спрацюванні, і відливки великих розмірів (зубчасті колеса, шківи)
СЧ 20	7,2-7,3	170-241	Високо навантажені деталі, що працюють при спрацюванні в вузлах високої герметичності (гідроциліндри, гільзи, головки циліндрів)
СЧ 25	7,25-7,4	180-250	Високо навантажені деталі, що працюють при спрацюванні, а також деталі з товщиною стінки 20-60 мм (відливки важкої конфігурації, станіни)
СЧ 30	7,3-7,4	181-255
СЧ 35	7,3-7,4	197-269	Найбільш відповідальні литті деталі з масивними стінками, що працюють при великих навантаженнях (штампи, втулки, крупні колінчасті колеса)
СЧ 40	7,4-7,6	207-269
Ковкий чавун
КЧ 30-6	7,2	100-163	Деталі, що працюють при низьких статичних і динамічних навантаженнях (хомутики, клапани, муфти, гайки)
КЧ 33-8	7,21	100-163	Деталі, що працюють при нормальних статичних і динамічних навантаженнях (підкладки)
КЧ 35-10	7,22	100-163	Деталі, що працюють при важких перемінних і ударних навантаженнях, а також при згині (гальмівні колодки, втулки, колодки)
КЧ 37-12	7,24	100-163	Деталі, що працюють при високих динамічних і статичних навантаженнях (пальці, диференціали)
КЧ 45-7	-	150-207	Деталі, що працюють при високих динамічних і статичних навантаженнях в умовах інтенсивного спрацювання (муфти, втулки)
Високоміцний чавун з кулеподібним графітом
ВЧ 50-2	6,8-7,4	180-260	Відповідальні деталі, які піддаються вібраційним навантаженням (зубчасті колеса, шатуни, стакани підшипників)
ВЧ 60-2	200-280

фосфором), а також піддають термічній обробці відпалом, загартуванням і відпуском.

2.3 Визначення та властивості ковкого чавуну

Ковкий чавун — умовна назва м'якого чавуну, одержуваного з білого чавуну литтям і подальшою термічною обробкою; його не кують, але він досить пластичний на противагу сірому чавуну, тому його називають ковким. Ковкий чавун, як і сірий, складається зі сталистої основи й містить вуглець у вигляді графіту, однак графітові включення в ковкому чавуні інші, ніж у звичайному сірому чавуні. Різниця в тім, що включення графіту в ковкому чавуні розташовані у формі мікроскопічних пластівців та ізольовані один від одного, чавун має в'язкість й пластичність.

Властивості ковкого чавуну залежать від розміру графітових включень, але насамперед вони визначаються структурою його металевої основи. Залежно від складу й мікроструктури металевої основи ковкий чавун поділяється на феритний (Ф) і перлітний (П) класи. ГОСТ 1215-79 установлює наступні марки ковкого чавуну у виливках: КЧ 30 - 6, КЧ 33 - 8, КЧ 35 - 10, КЧ 37 - 12 - феритного класу, що характеризуються феритною або феритно-перлітною мікроструктурою металевої основи; КЧ 45 - 7, КЧ 50 - 5, КЧ 55 - 4, КЧ 60 - 3, КЧ 65 - 3, КЧ 70 - 2, КЧ 80 - 1,5-перлітного класу, що характеризуються в основному перлітною мікроструктурою металевої основи. Перша цифра в маркуванні вказує мінімальну межу міцності (кгс/мм²), друга — мінімальне відносне видовження.

Чавуни для лиття марок КЧ 30 - 6 і КЧ 33 - 8 плавлять у вагранці; для виливків інших марок застосовують подвійну плавку: вагранку - електропіч для марок КЧ 35 - 10, КЧ 45 - 7, КЧ 50 - 5, КЧ 55 - 4, КЧ 60 - 3 та електропіч - електропіч для марок КЧ 37 - 12, КЧ 65 - 3, КЧ 70 - 2, КЧ 80 – 1,5.

Для відпалу виливки з білого чавуну завантажують у ящики з жароміцної сталі, засипають піском і поміщають у піч.

Ковкий чавун дешевше сталі, має гарні механічні властивості, відсутність ливарних напруг, які зникають при відпалу, і високу стійкістю до корозії. Тому його широко застосовують у машинобудуванні (при виготовленні зубчастих коліс, ланок ланцюгів), в автомобільної, тракторній і багатьох інших галузях промисловості.

Питання для самоперевірки

1. Які основні властивості чавунів?

2. Яку форму графіту мають різні види чавунів?

3. Які головні властивості білого чавуну?

4. Який вид чавуну використовують для виготовлення колінчастих валів?

5. Як одержують ковкий чавун?

6. З якого чавуну виготовляють гальмівні колодки?

Список використаних джерел:

1. Берлин В.И., Захаров Б.В, Мельниченко П.А. – Транспортное материаловедение. М.: Транспорт, 1982 г.- 358 с.

2. Никифоров В.М. Технология металлов і конструкционные материалы. -Л.: Машиностроение 1987 г.-363с., ил.

3. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. И др. - М.: Металлургия, 1987 г. - 800 с., ил

4. Хільчевський Б. В., Кондратюк С. Є., Степаненко В. О. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів. Навч. посібник. – К.: Либідь, 2002. -328 с.

СРС № 4

Тема: Сплави на основі магнію, титану

Мета: пояснити основні технологічні властивості, вимоги до якості сплавів на основі магнію, титану, сформувати у студента потреби у набутті практичних навичок,чіткості та акуратності при класифікуванні видів даних сплавів.

План

1 Види сплавів на магнієвій основі

2 Властивості сплавів на магнієвій основі

3 Сплави на основі титану

1 Види сплавів на магнієвій основі

Із сплавів на основі магнію одержали поширення його сплави з марганцем, алюмінієм і цинком. Для підвищення механічних властивостей магнієвих сплавів додають цирконій, церій, неодим, торий та ін. Магнієві сплави зміцнюють загартуванням і дисперсним твердінням. При загартуванні з'єднання Al₂Mg₃ і MgZn переходять у розчин, а при старінні відбувається розпад пересиченого твердого розчину. Наведемо приклади використання деформованих магнієвих сплавів. Сплав МА1 (1,3—2,5 % Мп; о_в = 240 МПа; 6 = 4 %) застосовують для малонавантажених деталей (паливно- і бензобаки, арматура). Сплав МА8 (1,3—2,2% Мп; 0,15—0,35% Се; _в == 260 МПа; = 7%) застосовують для средненавантажених деталей літаків.

2 Властивості сплавів на магнієвій основі

Механічні властивості деяких магнієвих сплавів, оброблюваних тиском, після термічної обробки характеризуються межею міцності 270-350 МПа.

Для магнієвих сплавів характерним є низький опір корозії, тому готові вироби захищають від корозії оксидуванням з наступним покриттям спеціальними лаками, фарбами, епоксидними плівками.

Через низькі механічні характеристики магній в чистому виді для виготовлення деталей не застосовують – для цієї цілі використовують магнієві сплави. Позитивними якостями являється їх чудова оброблюваність ріжучим інструментом з отриманням чистої поверхні. Більшість магнієвих сплавів добре зварюється. Їх широко застосовують, коли маса виробів має велике значення.

Деталі з магнієвих сплавів виготовляють обробкою тиском, а також литтям. В відповідності з цим магнієві сплави поділяють на деформовані і литі (таблиця 1). Марки деформованих магнієвих сплавів позначають буквами МА, литі – МЛ і порядковим номером.

Головною їх перевагою є висока питома міцність. Сплави магнію застосовують для виготовлення різних деталей вагонів, автомобілів, що вирішальне значення при цьому має мала густина сплавів (1,75—1,8 г/см³).

Магній має малу вагу, але менш тепло- і електропровідний і менш стійкий проти корозії, ніж алюміній.

Таблиця 1 - Магнієві литті сплави

Головні компоненти сплаву	Марка сплаву	Межа міцності в кг/мм2	Призначення
Магній – кремній	Мл 1		Для деталей простої конфігурації
Магній – марганець	Мл 2		Для зварних деталей
Магній – алюміній – цинк	Мл 3 Мл 4 Мл 4		Для корпусів насосів Для деталей, працюючих в статичному навантажені

3 Сплави на основі титану

Титан стійкий в агресивних середовищах (сірчаній та соляний кислотах, їхніх солях), тому він використовується в хімічному машинобудуванні, електроніці, ядерній і інших областях техніки. В авіа- і ракетобудуванні чистий титан не застосовується через його невисоку жароміцність.

Для легування титанових сплавів використовують алюміній, олово, що підвищують температуру поліморфного перетворення титана і називаються а-стабілізаторами, а також марганець, хром, ванадій, залізо, що знижують температуру поліморфного перетворення і є а-стабілізаторами.

Сплави з а-структурою термічною обробкою не зміцнюються; вони мають жароміцність і міцність при низьких температурах.

Крім високої міцності і малої густини (4,5—5, 2 г/см"³), титанові сплави володіють високою корозійною стійкістю в агресивних середовищах; вони набули широкого застосування при виготовленні деталей реактивних авіаційних двигунів, обшивання надзвукових літаків, їх використовують у суднобудуванні, криогенній техніці.

Існують такі середовища, де ні один матеріал крім титану, не може бути використаний. Але при нагрівінні більше 500^оС він стає дуже активним елементом. При високій температурі титан або розчиняє зв’язані з ним речовини, або створює з ними хімічні з’єднання.

Титанові сплави порівняно з іншими сплавами мають ряд переваг:

1. Поєднання високої міцності( = 800-1500 МПа) з гарною пластичністю ( = 12-25%).

2. низька густина. Титанові сплави мають найбільш високу міцність порівняно з іншими металами і сплавами. Для легованих сталей відношення / =18-22, для алюмінієвих сплавів – до 20-22, а для титанових сплавів 25-30 і навіть 40 (ВТ14).

3. Відносно висока теплостійкість. Їх можна використовувати до 600-700^оС. Сплав ВТ-20 (6 % Аl; 2 % Zr; 1 % Мо; 1 % V) при 500^оС має = 700 МПа (сталь Х14Н18В2БР при 600^оС має = 700^оС МПа).

4. високу корозійну стійкість в багатьох агресивних середовищах (наприклад, НNO₃ всіх концентрацій при кімнатній, а також підвищеній температурі, в 10 %-ому NаОН до температур кипіння). Однорідні титанові - сплави, не підддаються старінню, використовують в криогенних установках (до гелієвих температур).

Найбільш часто титанові сплави легують алюмінієм. Алюміній збільшує їх міцність і теплостійкість. При його наявності в сплавах зменшується шкідливий вплив водню. Крім того, він збільшує їх термічну стабільність. Одночасне введення декількох легуючих елементів дозволяє отримувати більш високі механічні якості. Для підвищення зносостійкості титанових сплавів їх піддають цементації чи азотуванню.

Питання для самоперевірки

1. Які із сплавів на основі магнію одержали найбільше поширення?

2. Наведіть приклади використання деформованих магнієвих сплавів?

3. Як позначають марки деформованих та литих магнієвих сплавів?

4. Які основні характеристики титанових сплавів?

5. Які переваги порівняно з іншими сплавами мають титанові сплави?

Список використаних джерел:

1. Берлин В.И., Захаров Б.В, Мельниченко П.А. – Транспортное материаловедение. М.: Транспорт, 1982 г.- 358 с.

2. Никифоров В.М. Технология металлов і конструкционные материалы. -Л.: Машиностроение 1987 г.-363с., ил.

3. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. И др. - М.: Металлургия, 1987 г. - 800 с., ил

СРС № 5

Тема: Класифікація металорізальних верстатів

Мета: пояснити принцип маркування та класифікацію металорізальних верстатів, їх роль у виготовленні, ремонті деталей машин та механізмів, сформувати вміння виділяти головне в отриманій інформації, робити висновки.

План

1 Класифікація металорізальних верстатів

2 Типізація металорізальних верстатів

3 Позначення металорізальних верстатів

1 Класифікація металорізальних верстатів

За спеціалізацією розрізняють універсальні металорізальні верстати для виконання різноманітних операцій на виробах широкої номенклатури; широкого призначення для виконання обмеженого числа операцій на виробах широкої номенклатури; спеціалізовані для обробки однотипних виробів різних розмірів; спеціальні для обробки виробів одного типорозміру; агрегатні — спеціальні, що складаються з нормалізованих деталей, вузлів, силових голівок.

Металорізальні верстати можуть бути з ручним керуванням (завантаження й установка заготівель, пуск, переключення режиму обробки, холості рухи, зняття виробу — вручну), а також мати різний ступінь автоматизації: напівавтомати (установка заготівель, пуск, зняття виробу — вручну, інші рухи циклу обробки — автоматично), автомати (усі робочі і холості рухи - автоматичні, людина здійснює контроль за циклом роботи); можуть складати автоматичні лінії (група автоматів, об'єднана системою транспортування заготівель від одного до іншого); мати числове програмне керування (усі робочі і холості рухи забезпечуються заздалегідь закодованою програмою, введеною в металорізальні верстати і що посилає перетворені імпульси на виконавчі і керуючі механізми).

2 Типізація металорізальних верстатів

За рівнем спеціалізації верстати поділяють на універсальні, призначені для виконання різноманітних операцій в умовах одиничного та дрібносерійного виробництва; спеціалізовані, на яких обробляють однотипні деталі різних розмірів в серійному виробництві, та спеціальні, призначені для обробки певних деталей у масовому виробництві.

Залежно від характеру виконуваних робіт і типу різальних інструментів, що застосовуються, всі металорізальні верстати поділяються на такі 9 груп:

Таблиця 1 – Зовнішній вигляд основних металорізальних верстатів

Назва і тип верстату
токарні	свердлильні і розточувальні	фрезерні	шліфувальні верстати
Восьмишпиндельний автомат (1К282)	Радіально-свердлильний (2A53).	Вертикальний консольно-фрезерний	Круглошліфувальний автомат (3К161)
Універсальний токарно-гвинторізний з автоматичним циклом (1K62A).	Хонінгувальний одношпиндельний (ЗБ833)	Горизонтальний фрезерний 6Т82Г	Для перешліфування шатунних та корінних шийок колінчатих валів (3А423).
Токарно-карусельний одностоєчний з числовим програмним керуванням (1512Ф2)	Координатно-розточний (2B440).	Универсальний інструментальний FB-4	Плоскошліфувальний

1 – токарні;

2 – свердлильні і розточувальні;

3 – шліфувальні верстати;

4- верстати для електрофізичноїі електрохімічної обробки;

5 – зубо і різьбообробні;

6 – фрезерні;

7 – стругальні, довбальні і протяжні; розрізні і різні верстати (до цієї групи належать верстати, які не ввійшли в жодну з перелічених вище груп).

Кожна група верстатів, в свою чергу, поділяється на 9 типів за технологічним призначенням, конструкційнимиособливостями, кількістю головних робочих органів верстата або інструмента, ступенем автоматизації.

По точності розрізняють 5 класів металорізальних верстатів: Н — нормальної точності (наприклад, більшість універсальних металорізальних верстатів), П — підвищеної точності (на базі Н), У — високої точності, А — особливо високої точності (прецизійні), З — особливо точні, або майстри-верстати.

По масі металорізальні верстати бувають легкі (до 1 т), середні (до 10 т), важкі (понад 10 т), унікальні (понад 100 т).

3 Позначення металорізальних верстатів

Кожній моделі верстата присвоюється номер, що складається з трьох або чотирьох цифр. Перша цифра вказує групу верстата (таблиця 2) (1 – токарні, 2 – свердлильні, 3 – шліфувальні і т. д.), друга – тип верстата в цій групі.

Третя або третя і четверта цифри разом умовно характеризують основний розмір верстата або інструмента. Для токарних верстатів ці цифри показують висоту центрів у сантиметрах або в дециметрах; для револьверних верстатів і автоматів – максимальний діаметр оброблюваного прутка в міліметрах; для свердлильних верстатів – максимальнийдіаметр отвору, який можна просвердлити на цьому верстаті в сталі середньої твердості.

Літера, що стоїть після першої або другої цифри, вказує на модернізацію (поліпшення конструкції) основної базової моделі верстата. Буква, що стоїть у кіпці номера, означає модифікацію (видозміну) базової моделі. Наприклад, марка 16К20 належить токарному (1) гвинторізальному (6) верстату з висотою центрів 200мм (20), модернізованому.

Таблиця 2 - Типізація металорізальних верстатів

Питання для самоперевірки

1. Який ступінь автоматизації можуть мати металорізальні верстати?

2. Як поділяються верстати за рівнем спеціалізації?

3. На які 9 груп поділяються всі металорізальні верстати залежно від характеру виконуваних робіт і типу різальних інструментів?

4. Як розрізняють металорізальні верстати за точністю?

5. Із скількох цифр складається номер моделі верстата?

6. На що вказує літера, яка стоїть після першої або другої цифри номеру моделі верстата?

Список використаних джерел:

1. Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов.— М.: Высш. шк., 1985.—304 с.

2. Полевой С. Н., Евдокимов В. Д. Обработка инструментальных материалов: Справочник технолога инструментального цеха. - К.: Техніка, 1980. - 150 с

3. Пут В. Э., Беляев В. Г., Горюшин А. А. Металлорежущие станки / Под ред. В. Э. Пута.— М.: Машиностроение, 1986.— 256 с.

4. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. И др. - М.: Металлургия, 1987 г. - 800 с., ил

СРС № 6

Тема: Верстати токарної групи

Мета: пояснити основні технологічні властивості процесу токарної обробки, принцип роботи токарних верстатів, сформувати у студента потреби у набутті практичних навичок, чіткості та акуратності при класифікації схем верстатів.

План

1 Обробка на верстатах токарної групи

1.1 Токарно-гвинторізний верстат 16К20

1.2 Токарно-карусельні верстати і роботи, які на них виконуються

1.3 Багаторізцеві токарні верстати і роботи, що виконуються на них

Обробка деталей на токарно-револьверних верстатах

2 Головний привід верстату

1 Обробка на верстатах токарної групи

Усі токарні верстати належать до першої групи і поділяються на такі типи: напівавтомати і автомати одношпиндельні; напівав­томати і автомати багатошпиндельні, револьверні, свердлильно-відрізні, карусельні, токарні і лобові, багаторізцеві, спеціалізовані, різні.

На верстатах токарної групи обробляють різні поверхні тіл обертання: циліндричні, конічні і фасонні, а також площини, пер­пендикулярні до осі обертання заготовки. Крім цього, на токарно-гвинторізних верстатах можна нарізати різцем різьби на цилінд­ричних і конічних поверхнях, а також спіральні канавки на торце­вих площинах заготовок.

З усіх типів верстатів токарної групи на машинобудівних заво­дах і в ремонтних майстернях найширше застосовують токарні і лобові верстати. Залежно від висоти центрів Н над станиною їх поділяють на дрібні (Н 150 мм), середні (Н= 150...300 мм) і ве­ликі (Н>300 мм). Найпоширеніші середні токарно-гвинторізні верстати, типовим представником яких є верстат 16К20.

1.1 Токарно-гвинторізний верстат 16К20

Основні частини токарно-гвинторізного верстата (рисунок 1) та­кі: станина 1, передня 6, задня 11 бабки, коробка подач 3, су­порт 8.

Станина призначена для закріплення на ній передньої бабки і коробки подач та інших нерухомих частин, а також переміщення рухомих частин верстата. На верхній (лицьовій) її частині є на­прямні, по яких переміщуються супорт і задня бабка.

У передній бабці розміщені головний вал верстата — шпиндель і коробка швидкостей, від якої з потрібною швидкістю отримує рух шпиндель з заготовкою. Шпиндель має наскрізний отвір для про­пускання прутків, а в передній частині — конічний отвір для вста­новлення переднього центра.

Коробка швидкостей забезпечує 22 варіанти частоти обертання шпинделя близько 12,5...1600 хв^-1 за допомогою блоків зубчастих коліс, які переміщуються рукоятками 4 і 5.

Задня бабка 11 (рисунок 1) призначена для підтримання за до­помогою заднього центра правого кінця заготовки, а також для закріплення в конічному отворі рухомої частини бабки-пінолі сверд­ла, зенкера або розвертки для обробки отворів. Бабка переміщу­ється вручну по напрямних станини і може бути зафіксована в певному положенні. Піноль також переміщується в поздовжньому на­прямі в корпусі бабки за допомогою гвинтової передачі і фіксується в потрібному положенні. Корпус задньої бабки можна переміщати на невелику відстань у поперечному напрямі.

Задня бабка верстата 16К20 обладнана пневматичним пристро­єм, за допомогою якого між станиною і бабкою створюється повіт­ряна подушка, що полегшує її переміщення і зменшує спрацюван­ня напрямних.