89. Механические свойства металлов и сплавов.

Механические свойства металлов — свойства, определяющие способность металла сопротивляться деформированию и разрушению.

Прочностью металла называют его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Твердостью называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.

Жесткость — это способность детали или системы сопротивляться образованию деформации.

Износостойкостью называется способность металла сопротивляться истиранию, разрушению поверхности или изменению размеров под действием трения.

Механические свойства материалов определяют на специальных образцах.

Наиболее распространенными механическими характеристиками являются: твердость, пределы прочности и упругости, ударная вязкость

Деформация может быть упругой или пластической. Упругая деформация полностью снимается (исчезает) после снятия нагрузки. Пластическая деформация не исчезает после снятия нагрузки.

При этом определяются: предел прочности (sв) — напряжение, при котором происходит разрушение образца.

Метод Бринелля (НВ).

Вдавливание шарика происходит при постоянной нагрузке, в результате на поверхности образца образуется отпечаток в виде сферической лунки.

Диаметр отпечатка измеряется в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа Бринелля — это лупа со шкалой.

Метод Роквелла.

Принципиальное отличие этого метода от рассмотренного ранее заключается в том, что твердость определяется не площадью поверхности отпечатка индентора (специально внедренное тело в испытуемый материал с таким усилием, чтобы в материале остался отпечаток индентора ), а глубиной его проникновения в исследуемый образец.

В качестве индентора используют алмазный конус при испытаниях твердых материалов и стальной закаленный шарик при испытаниях мягких материалов.

Метод Виккерса.

Метод основан на вдавливании четырехгранной алмазной пирамидки с углом между противоположными гранями, равным 136°. Твердость определяется отношением нагрузки к площади поверхности отпечатка.

Значения твердости по Бринеллю и Виккерсу практически равны.

Метод Шора.

При измерении твердости по Шору груз вместе с укрепленным на нем индентором (обычно это стальной шарик) падает с высоты на образец перпендикулярно его поверхности. Твердость по Шору определяется по высоте отскока шарика (груз с индентором).

Для определения ударной вязкости используют образцы с надрезом, который служит концентратором напряжений. Образец устанавливают на маятниковом копре так, чтобы удар маятника происходил против надреза, раскрывая его. Маятник поднимают на высоту, при падении он разрушает образец, поднимаясь на высоту (так как часть запасенной при подъеме работы тратится на разрушение образца).

Ударная вязкость— это относительная работа разрушения, т.е. работа, отнесенная к площади образца до разрушения.

90. Технология материалов.

Существуют специальные доменные печи. Это огромные сооружения из кирпича и стали. Снаружи находится стальной корпус, изнутри – огнеупорный кирпич. Доменная печь действует непрерывно.

При помощи конвейера сверху в неё засыпают шихту – смесь перемолотой железной руды, кокса и известняка.

Руда – источник железа.Кокс – специально обработанный уголь, топливо для доменной печи. Известняк – для образования шлака, растворяющего в себе ненужные примеси.

Снизу печи есть компрессоры, нагнетающие нагретый воздух в зону горения. Благодаря этому температура там достигает 1400°С.

Кокс сгорает, образуя углекислый газ. Тот реагирует с новой порцией угля, образуя монооксид углерода. Монооксид восстанавливает железную руду. Известняк при разложении даёт оксид кальция, который сплавляется с примесями и образует шлак. Шлак плавает на поверхности расплавленного железа и предохраняет его от воздуха.

В результате получается чугун – сплав железа с углеродом. Содержание углерода – более 2%. Часть расплавленного чугуна идёт на производство стали. Сталь же содержит меньше углерода, поэтому более пластична. Её варят в конверторах. Конвертор обладает вместимостью до 60 тонн. Снизу через расплав пропускают кислород, в результате чего все примеси начинают выгорать, образуя оксиды. Оксиды образуются газообразные и твёрдые. Последние всплывают и удаляются из конвертора. Все эти процессы экзотермические, и железо остаётся в расплавленном состоянии в течение 10-20 минут. За это время в расплав можно добавить легирующие элементы (хром и никель для коррозийной стойкости, вольфрам для твёрдости, марганец для упругости и т.п.)

Выплавка стали методом переплава.

На металлургическом заводе отходы легированной стали разливаемой в изложницы, достигают 25-40%. По мере накопления отходов выплавляют сталь методом переплава. Плавку ведут без окисления или с не продолжительной продувкой кислородом, что позволяет сохранить значительную часть содержащихся в отходах ценных легирующих элементов.

При плавке без окисления углерод и фосфор не окисляются, поэтому содержание фосфора в шихте не должно быть выше его допустимых пределов в готовой стали, а содержание углерода на 0.05-0.1% ниже, чем в готовой стали, в связи с науглероживанием металла электродами.

Загрузку и плавление шихты производят как при обычной плавке; в период плавления загружают 1-1.5% извести или известняка. После расплавления шлак, как правило, не скачивают, сразу приступая к проведению восстановительного периода. При этом раскисление, десульфурацию и легирование металла производят обычным способом. При диффузионном раскислении из шлака восстанавливается хром, вольфрам и ванадий. Если после расплавления шлак получился густым из-за высокого содержания окиси магния, его скачивают и наводят новый.

Электрометаллургия — Методы получения металлов, основанные на электролизе, т. е. выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока. Этот метод применяют главным образом для получения очень активных металлов – щелочных, щелочноземельных и алюминия, а также производства легированных сталей.

В электрометаллургии используются электротермические и электрохимические процессы. Электротермические процессы используются для выделения металлов из руд и концентратов, производства и рафинирования чёрных и цветных металлов и сплавов на их основе. В этих процессах электрическая энергия является источником технологического тепла. Электрохимические процессы распространены в производстве чёрных и цветных металлов на основе электролиза водных растворов и расплавленных сред (Электрохимия). За счёт электрической энергии осуществляются окислительно-восстановительные реакции на границах раздела фаз при прохождении тока через электролиты.