Теоретические и технологические основы производства материалов.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

Проведения лекционного занятия

по дисциплине «Материаловедение и технология материалов»

для курсантов 2 курса по специальности 20.05.01

«Пожарная безопасность»

ТЕМА № 7

«ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА»

Обсуждена на заседании МС

протокол №__ от «___»________2015 г.

 

Владивосток

2015 г.

I. Учебные цели

1. Изучить теоретические и технологические основы производства материалов.

2. Дать понятие основных методов получения твердых тел.

3. Рассмотреть исходные материалы, применяемые для производства чугуна: их свойства, добычу и область применения.

4. Изучить устройство доменной печи, получить общие представления о доменном процессе.

5. Рассмотреть современные способы получения стали, их особенности и основные параметры процессов, способы повышения качества сталей.

 

II. Воспитательные цели

1. Воспитывать у курсантов стремление к совершенствованию своих знаний и профессиональных навыков, обучить методам самостоятельной работы с учебными материалами.

2. Вырабатывать у курсантов чувство ответственности за личную профессиональную подготовку.

 

III. Расчет учебного времени

Содержание и порядок проведения занятия	Время, мин
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Учебные вопросы 1. Теоретические и технологические основы производства материалов. 2. Основные методы получения твердых тел. 3. Основы металлургического производства. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

IV. Литература

Основная:

1. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие / Под ред. В.С. Артамонова – СПбУ ГПС МЧС России, 2011. – 312 с.

2. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов. Под ред. Чередниченко В. С. – 4-е изд., стер. – М.: Омега-Л, 2008. – 752 с.

3. Материаловедение и технология материалов: курс лекций. Под ред. Артамонова В.С.; МЧС России. – СПб.: СПбУ ГПС МЧС России, 2008. – 112 с.

 

Дополнительная:

1. Материаловедение и технология металлов. Под ред. Фетисова Г.П. Учебник. – М.: Высш. шк., 2001. – 637 с.

2. Жадан В.Т., Полухин П.И., Нестеров А.Ф. и др. Материаловедение и технология материалов. – М.: Металлургия, 1994. – 622 с.

3. Материаловедение и технология материалов. Под ред. Солнцева Ю.П. – М.: Металлургия, 1988. – 512 с.

 

 

V. Учебно-материальное обеспечение

1. Информационные слайды.

 

VI. Текст лекции

Теоретические и технологические основы производства материалов.

Как было отмечено в разделе «Материаловедение», основными материалами, применяемыми для изготовления современной техники, технологических установок, несущих конструкций в различных сооружениях являются металлы и их сплавы. Их применение обусловлено, главным образом, высокими механическими свойствами, обеспечивающими не только надежность технических устройств, но и достаточно большую долговечность. Наряду с этим известно, что почти все металлы в природных условиях являются термодинамически неустойчивыми и находятся в виде оксидов, сернистых, углекислых и других химических соединений, входящих в состав различных минералов (горных пород). Исключение составляют лишь золото, серебро, платина и иногда медь, которые встречаются в виде самородных металлов.

Руда – природное минеральное сырье (горные породы), содержащее металл, который можно извлечь экономически выгодным способом. Руда состоит из рудного минерала, содержащего металл и пустой породы; комплексные полиметаллические руды содержат не один, а несколько ценных металлов.

Металлургия – наука о промышленных способах получения металлов и сплавов – одна из древнейших отраслей знания. Задачей металлургии является получение металлов и сплавов из руд и других исходных материалов. Так, например, металлургия стали осуществляется по двухстадийной схеме: железная руда – чугун – сталь; для выплавки чугуна используют руду, агломерат, окатыши; при выплавке стали – стальной лом, отходы при обработке, ферросплавы. Для производства меди и алюминия используются технологические схемы, состоящие из четырех- пяти стадий.

Каждая из стадий включает выполнение сложных производственных процессов, оснащенных специфическим оборудованием и уникальными масштабными установками (доменные печи, конвертеры, мартеновские печи, электропечи, печи для обжига и т.д.). Причем для получения одного и того же металла или его сплава при различном исходном веществе (в том числе с разным составом), разнообразных видах используемых источников тепловой энергии, отличающихся по количеству и виду вспомогательных материалов и.т.д., применяется совершенно индивидуальное оборудование и промышленные установки. Отличаются и технологические процессы. Например, при производстве стали находят применение такие способы как конвертерный, мартеновский, электродуговой, электроиндукционный, для производства меди – пирометаллургический и гидрометаллургический и т.д.

Современное металлургическое производство представляет собой комплекс различных производств, базирующихся на месторождениях руд и коксующихся углей, энергетических комплексах. Оно включает:

– шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;

– горно-обогатительные комбинаты, где обогащают руды, подготавливая их к плавке;

– коксохимические заводы (подготовка углей, их коксование и извлечение из них полезных химических продуктов);

– энергетические цехи для получения сжатого воздуха (для дутья доменных печей), кислорода, очистки металлургических газов;

– доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов или цехи для производства железорудных металлизованных окатышей;

– заводы для производства ферросплавов;

– сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные);

– прокатные цехи (слиток в сортовой прокат).

Основная продукция чёрной металлургии:

– чугуны: передельный, используемый для передела на сталь, и литейный, для производства фасонных отливок;

– железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали;

– ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния, ванадия, титана и т.д.) для легированных сталей;

– стальные слитки для производства проката,

– стальные слитки для изготовления крупных кованных валов, дисков (кузнечные слитки).

Основная продукция цветной металлургии:

– слитки цветных металлов для производства проката;

– слитки для изготовления отливок на машиностроительных заводах;

– лигатуры – сплавы цветных металлов с легирующими элементами для производства сложных легированных сплавов;

– слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения и электротехники.

Наряду с изложенным следует отметить, что в последние полвека наряду с металлами и их сплавами все большее распространение получают композиционные материалы, как на металлической, так и на неметаллической основе, получаемые методами порошковой металлургии. Эти материалы обладают комплексом свойств, отличающихся от традиционных конструкционных материалов, что и определяет их основное применение для совершенствования современных и разработки новых конструкций.

Композиционными их называют потому, что они состоят из двух компонентов и более, объединенных различными способами в монолит и сохраняющими при этом индивидуальные особенности. В качестве основного компонента, который непрерывно располагается в изделии, то есть является матрицей, применяются металлы и сплавы, органические и неорганические полимеры, керамические и другие материалы. Упрочняющие наполнители могут состоять из дисперсных частиц металлов, тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов, волокон и др. Технологический процесс изготовления деталей из композиционных материалов методами порошковой металлургии полностью отличается от процесса изготовления деталей из чистых металлов и сплавов.

Порошковой металлургией называют область техники, охватывающую совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного компонента.Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет получать не только изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, которые другим путем получить или очень трудно или невозможно. У таких материалов можно получить уникальные свойства, а в ряде случаев существенно повышается экономические показатели производства. При этом способе в большинстве случаев коэффициент использования материала составляет около 100%.Порошковая металлургия находит широчайшее применение для различных условий работы деталей. Методами порошковой металлургии изготовляют изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлов трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т.д.), конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали (диски, колодки и др.), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла и др.), электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные материалы.