Міністерство освіти і науки України
Запорізька державна інженерна академія
Факультет М и ООС
Кафедра МЧМ
Курсова робота
На тему: "Вивчення теорії і технології виплавки сталі марки шарикопідшипникових ШХ4"
По курсу: "Технологія виробництва спеціальних сталей і сплавів"
Виконав: ст. гр. МЧ-2-98д
Паламаренко А.Ю.
Перевірив: канд. тех. наук, доцент
Воденніков Сергій
Анатолійович
Оцінка: ___________
Запоріжжя
2002
Реферат
Курсова робота містить 35 стор, 3 рис., 1 табл., 12 джерел.
Мета роботи - поглиблене вивчення теорії і технології виплавкиспеціальних сталей і сплавів на основі аналізу та узагальнення науково -технічної літератури та спеціалізованих журналів і видань.
У цій роботі були розглянуті наступні питання:
1. Сучасний стан та проблеми вітчизняної та зарубіжної металургійної промисловості, а також можливі шляхи їх подолання та подальшого розвитку галузі.
+2. Призначення, область застосування шарикопідшипникових сталі марки ШХ4, а також сталей аналогічних марок, а також вимоги, пропоновані до них.
3. Вплив легуючих елементів, шкідливих домішок, а також складу і виду неметалічних включень на властивості шарикопідшипникових сталей.
4. Зроблено огляд існуючих методів виробництва шарикопідшипникових сталей на Україні і за кордоном, а також аналіз науково-технічної літератури, що стосується даного питання.
5. Розглянуто способи поліпшення існуючих технологій виробництва підшипникових сталей, а також напрямки і тенденції в створенні нових технологічних схем і процесів у вітчизняній і зарубіжній підшипникової промисловості.
6. Розглянуто апаратурно-технологічна схема виробництва підшипникової сталі методом вакуумування рідкої сталі з одночасним рафінуванням її в стовпі шлаку, а також проаналізована економічна ефективність впровадження даної технології на вітчизняних металургійних підприємствах.
шарикопідшипникових СТАЛЬ, ШХ4, ВИРОБНИЦТВО, ОБРОБКА, ВЛАСТИВОСТІ ,
домішки, Вакуум-Шлакові переплав, ЕКОНОМІЧНИЙ ЕФЕКТ
Зміст
Введення
1. Загальні відомості.
1. Призначення, види і область застосування шарикопідшипникових сталі.
2. Хімічний склад шарикопідшипникових сталей.
3. Основні технологічні та експлуатаційні властивості, вплив на них зовнішніх параметрів.
2. Аналіз способів виплавки шарикопідшипникових сталей на Україні, в СНД та за кордоном.
2.1 Загальна характеристика способів виплавки.
2.2 Виплавка в мартенівських печах.
2.3 Виплавка в електродугових печах.
2.4 Спеціальні способи виплавки.
3. Аналітичний огляд літератури з питання технології, способів виплавки і розливання шарикопідшипникових стали за останні роки.
4. Вибір і рекомендації з використання нових прогресивних розробок в технології виплавки шарикопідшипникових сталей.
Висновки.
Перелік посилань.
4
6
6
8
11
16
16
17
19
20
24
31
34
35
Введення < p> Складові частини більшості машин і механізмів (верстатів,автомобілів, авіаційних двигунів, прокатних станів, точних приладів ітощо) в значній мірі залежать від точності, довговічності та надійностіпідшипників кочення - одного з найважливіших і найбільш поширенихелементів цих пристроїв.
Якість підшипників кочення визначається їх конструкцією, технологієювиготовлення та якістю використовуваного металу. У даній роботірозглядаються питання, пов'язані з якістю металу - тобтометалургійні (способи виплавки та обробки тиском) іметалознавчих аспекти технології отримання та обробки підшипниковихсталей і впливу цих факторів на експлуатаційні властивості підшипниківкочення. [1]
Необхідно враховувати, що металургійна галузь, як України, так івсього світу в останні роки стоїть перед дуже серйозною проблемою --перевищенням потужностями, що виробляють сталь, потужностей, які її можутьвикористовувати. Внаслідок цього багато металургійних підприємствазмушені витрачати величезні кошти на дослідження та впровадження новихтехнологій, які у свою чергу розвиваються за трьома основниминапрямах: зниження собівартості вже виробленої продукції, розробкатехнологій, що дозволяють при незмінній ціні виробляти продукцію більшвисокої якості, і розробка абсолютно нових видів продукції, здатнихвитіснити вже наявні на ринку товари своїми унікальними властивостями.
Дуже серйозною проблемою для країн, що розвиваються і для України вЗокрема є те, що ціни на однотипні товари (готову сталь, прокаті т.д.), вироблені в розвинутих капіталістичних країнах і в країнахтретього світу, відрізняються іноді в десятки разів. Внаслідок цього розвиненікраїни змушені закривати свої ринки від напливу дешевого металу черезкордону, що може призвести до закриття багатьох металургійних підприємствякщо ситуація не зміниться. Заводи України ж у ситуації, що склаласязмушені продавати метал досить високої якості за ціною дешевогометалобрухту.
Виходу з ситуації, що склалася в чому б могло посприятиуряд, приймаючи закони:
- лобірующіе інтереси великих промислових підприємств, як металургійних, так і машинобудівних, тому що найчастіше останні купують метал у тих самих іноземних підприємств, які скуповують його у вітчизняних металургійних гігантів. Відповідно необхідно стимулювати на законодавчому рівні так звані операції "на підтримку вітчизняного виробника", які укладаються без посередників безпосередньо між українськими підприємствами;
- що захищають інтелектуальну власність не тільки шляхом адміністративних стягнень, а й кримінальних покарань;
- що сприяють збільшенню частки бюджету , що витрачається на наукові дослідження та розробки, а також на заохочення вченим і інженерам їх створив;
- роблять механізми патентування нових розробок більш доступними і менш розтягнутими як в часі, так і за кількістю бюрократичних інстанцій.
Своєчасне і правильне впровадження в життя цих завдань може служитивизначальним фактором на шляху розвитку не лише металургійної галузі,але і всієї української економіки в цілому, так як металургія на сьогоднішнійдень є однією з основних бюджетонаповнюючих галузей промисловості
України.
1. Загальні відомості.
1. Призначення, види і область застосування шарикопідшипникових сталі.
Як видно з назви, шарикопідшипникову сталь застосовують головнимчином для виготовлення кульок, роликів і кілець підшипників. [2] Аленоменклатура марок сталі даного виду досить широка. Це пояснюєтьсярізноманітністю вимог до експлуатаційних властивостей підшипників збоку традиційних, а також нових галузей промисловості і сільськогогосподарства.
Найбільш поширені підшипникові високовуглецеві сталі можнакласифікувати таким чином:
1. Сталі для підшипників, що працюють у звичайних умовах (хромистої, хромистої з добавкою молібдену, хромомарганцевокремністая, хромомарганцевая з добавкою молібдену).
2. Сталі для підшипників, що працюють в агресивних середовищах і при підвищеній температурі (корозійно-стійке, теплостійка). [1]
До перших відносяться сталі марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, ШХ4, ШХ6, ШХ9 татощо [3] У результаті проведеної в 60 г. уніфікації два останні маркибули замінені сталлю ШХ15. Назви аналогічних марок в інших країнах -
52100, 100C6, SKF-24, SUJ2 і т.д.
До других відносять стали марок 95Х18-Ш (де буква «Ш» вказує на те,що сталь виплавлено методом електрошлакового переплаву, а вакуумно-дуговогопереплав стали електрошлакового переплаву позначається «ШД»), 11Х18М-ШД,
ЕІ760, ЕІ347 (8Х4В9Ф2), 8Х4М4ВФ1-Ш, 8DCV40, M50, Z80WDCV6, 80MoCrV4216 іін
Крім перерахованих широко застосовують низьковуглецевих Цементованісталі і обмежено - сплави з особливими фізичними властивостями.
Вибір стали для конкретного підшипника диктується його розмірами іумовами експлуатації.
З хромистої і хромомарганцевокремністой сталей виготовляютьпідшипники, що працюють в інтервалі температур 60 - 3000С. Експлуатаціяпідшипників при температурі, що перевищує 1000С, вимагає спеціальноїтермічної обробки деталей, що забезпечує стабільність розмірів, алесупроводжується зниженням твердості, а також опору контактноївтоми сталі.
Всередині зазначеного температурного інтервалу вибір хромистої абохромомарганцевокремністой стали визначається товщиною стінок кілець абодіаметром тіл кочення. Забезпечення наскрізної прокаліваемості кілецьпідшипників з товщиною стінки більш 10мм і роликів діаметром більше 22ммдосягається заміною стали ШХ15 сталлю ШХ15СГ. Для кілець з товщиною стінкибільше 30мм у вітчизняній практиці використовують сталь ШХ20СГ, що застосовуєтьсядля виготовлення деталей великогабаритних підшипників. Кордон розмірівдеталей, вище якої починається застосування стали ШХ20СГ або її аналогів, врізних країнах різна. Мабуть, це пояснюється різноюпрокаліваемостью, обумовленої особливостями технології виплавки сталі, атакож різними схемами визначення товщини стінок кілець. [1]
У зв'язку з впровадженням прогресивної технології термічної обробкидеталей залізничних підшипників кочення - поверхневої гарту приглибинному індукційного нагрівання - розроблена сталь ШХ4 з регламентованоюпрокаліваемостью. За складом вона відрізняється від сталі ШХ15 зниженимвмістом елементів, що впливають на прокаліваемость сталі, - марганцю,кремнію і хрому. [5]
Крім виготовлення деталей підшипників сталь ШХ15, наприклад, такожзастосовується також для виробництва голок розпилювачів форсунок, зворотнихклапанів і подушок вприскувальних систем, валів паливних насосів,роликів, осей різних важелів та інших деталей, від яких вимагаєтьсявисока твердість і гарний опір зносу. [4]
+2. Хімічний склад шарикопідшипникових сталей.
По складу і властивостям цю сталь можна віднести до групиінструментальних сталей, але із застосування вона є конструкційноїспеціального призначення. [2]
У таблиці 1 наводиться хімічний склад деяких марокшарикопідшипникових стали: хромистої, хромомарганцевокремністой ікорозійностійкої; для порівняння також зазначені марки деяких зарубіжнихвиробників.
Проблема недостатньої прокаліваемості і теплостійкості виробів зхромистої і хромомарганцевокремністой сталей в ряді країн вирішена шляхомстворення їх модифікацій, що містять невеликі добавки молібдену, ванадію
(на німецьких підприємствах сортамент сталі, що виплавляється містить марку
X90CrMoV18, що містить деяке його кількість) і вольфраму.
У деяких країнах з метою економії імпортованого хрому розробленокілька модифікацій підшипникової сталі, в яких його зниженнякомпенсується невеликими добавками молібдену з підвищеним вмістоммарганцю. [1]
Високий вміст вуглецю в шарикопідшипникових сталях обумовлюєїх високу міцність після термічної обробки і стійкість протистирання поверхнева твердість визначається концентрацією вуглецю вмартенсів, тому вона однакова для всіх шарикопідшипникових сталей.
Твердість внутрішніх шарів металу залежить від глибини прокаліваемості,яка в свою чергу залежить від вмісту хрому. Хром сповільнюєперетворення аустеніту в перліт і тим самим збільшує прокаліваемостьсталі, тому, чим більша деталі підшипників, тим з великим вмістомхрому (0,4-1,65%) застосовується сталь для їх виготовлення.
Крім того, висока твердість карбідів хрому підвищує зносостійкістьсталі. Хром збільшує стійкість мартенсіта проти відпустки, зменшуєсхильність стали до перегріву і надає їй дрібнозернисту структуру. Але привисокому вмісті хрому (> 1.65%) важко отримати однорідну структуру,тому вміст хрому в шарикопідшипникових сталях зазвичай не перевищує
1.65%.
Марганець, як і хром, збільшує твердість і опірність сталистирання. Але одночасно він сприяє росту зерна при нагріванні, ввнаслідок чого при термічній обробці може утворюватисягрубозерниста структура перегрітої сталі. Негативний вплив нав'язкість шарикопідшипникових стали робить кремній. Але марганець і кремнійє розкислювачі, і чим вище їх зміст, тим повніше розкисласталь, тому присутність цих елементів у шарикопідшипникових сталі всіхмарок бажано не більше 0,35% Si і 0,4% Mn. Виняток становлять стали длявиготовлення деталей великих підшипників типу ШХ15СГ. Підвищений вмістмарганцю і кремнію в цій стали пояснюється тим, що ці елементи зменшуютькритичну швидкість загартування, знижуючи тим самим схильність стали довикривленню і тещінообразованію при загартування.
Шкідливими домішками для шарикопідшипникових сталі є фосфор, мідьі нікель. Фосфор збільшує схильність стали до утворення крупнозернистоюструктури при нагріванні, підвищує крихкість і зменшує міцність на вигин,що у свою чергу збільшує чутливість стали до динамічнихнавантажень і схильність виробів до появи гартівних тріщин. У зв'язку зцим вміст фосфору в металі обмежують. Мідь, хоча і збільшуєтвердість, межа міцності і прокаліваемость сталі, є небажаноюдомішкою, тому що з підвищенням вмісту міді при гарячій механічнійобробці збільшується утворення поверхневих тріщин і надривів.
Вміст нікелю обмежують у зв'язку з тим, що його присутність знижуєтвердість сталі.
Опірність стали викрошіванію зменшують домішки таких кольоровихметалів, як олово, свинець, миш'як. Негативний вплив на властивостістали роблять також гази: кисень утворює неметалеві включення,водень збільшує ураженість флокенамі, а азот знижує опірністьвикрошіванію.
Вплив сірки на властивості шарикопідшипникових стали не однозначно.
Негативний вплив позначається у зниженні стійкості до стиранняі втомне руйнування при виході на робочу поверхню сульфідів.
Однак освіта сульфідної оболонки навколо сульфідних включень придостатній вміст сірки зменшує вплив цих включень наконцентрацію напружень і внаслідок цього підвищує опірвтоми. Зі збільшенням відносини концентрацій S/O до 3-5 стійкістьпідшипників зростає. Цьому сприяють і поліпшення якості поверхнівнаслідок того, що сірка покращує оброблюваність сталі. [2]
1.3 Основні технологічні та експлуатаційні властивості, вплив наних зовнішніх параметрів.
У більшості випадків підшипники кочення працюють при малихдинамічних навантаженнях, що дозволяє виготовляти їх з порівнянокрихких високовуглецевих сталей після наскрізної гарту і низького відпустки.
У деяких областях застосування підшипників від них вимагається підвищенадинамічна міцність, що змушує застосовувати високоотпущенние сталі зповерхневої загартуванням або Цементовані сталі.
Навантаження, сприймається підшипником кочення, передається через тілакочення - кульки або ролики, розділені сепаратором. У точкахдотику тіл кочення з кільцями виникають контактні напруги,викликають локальні деформації, в результаті яких утворюються контактнімайданчики, у загальному випадку мають форму еліпса, в приватних же випадках - цеколо або смужка. Тиску на контактній площадці, випробовувані деталямипідшипника при роботі, дуже великі і доходять зазвичай до 200Мпа, а уважких підшипників - до 4000Мпа. [1]
Дуже великий вплив на майбутні властивості готових виробів упідшипникової промисловості надає якість заготовок.
У залежності від призначення підшипникова сталь постачається у виглядігарячекатаних прутків круглого та квадратного (великих розмірів) перетинів, ввигляді гарячекатаної смуги, гарячекатаних і холоднокатаних труб івеликогабаритних паковок, а також холоднотянуті дроту в мотках іпрутках. Технічні
вимоги до якісних показників сортового прокату зсталей типу ШХ15 і ШХ15СГ (в т. ч. і ШХ4), норми і методи контролю основнихвластивостей його вказані в ГОСТ 801-68, труб в ГОСТ 800-78, дроту в ГОСТ
4727-67; до сталі ШХ15ШД вакуумно-дугового переплаву - в ГОСТ 21022-75.
Крім того, є ще цілий ряд технічних умов, що містятьдодаткові вимоги до якості напівфабрикатів зі сталі цих марок,отриманих іншими методами рафінова?? ующіх переплавів або відображаютьособливості нових технологічних процесів одержання заготівок.
Вимоги, що пред'являються до стану поверхні прутків, труб,дроту підшипникової сталі, передбачають відсутність грубих дефектівтипу порушення суцільності або обмежують допустимість менш небезпечнихдефектів незначної глибини. На поверхні прутків не допускаютьсярозкуті і розкачати забруднення, бульбашки, тріщини, скоринки, захід сонця,полон і інші дефекти, що виникають при переділі злитку або проміжноїзаготовки.
Незважаючи на ретельний контроль на металургійних підприємствах, шлюбз цих дефектів складає найбільший відсоток від загальної кількості сталі,рекламованої підшипниковими заводами. Особливо великий цей відсоток длякаліброваної сталі.
Не виявлені при контролі в прутках і трубах поверхневі дефектирозкриваються в процесі подальшої механічної обробки, пластичноїдеформації, термічної обробки або в процесі експлуатації підшипників.
Допустимими дефектів на поверхні прутків та труб відносяться дрібнівідбитки, рябізна, подряпини. Глибина залягання таких дефектів у стандартахдиференціюється в залежності від діаметру прутків і від станупоставки. [1]
Підвищення суми легуючих до 5% і вище може бути виправдано тільки ввипадках особливих експлуатаційних умов (корозійна середу, підвищеніробочі температури та ін), тому що воно призводить до збільшення витрат наоброблюваність і зниження довговічності (малюнок 1) в порівнянні з тимиж показниками традиційних підшипникових сталей.
Рисунок 1 - Вплив сумарного вмісту легуючих елементів на довговічність підшипникових сталей.
Зміна змісту складових сталь легуючих елементів надаєрізний вплив на властивості підшипників. Добавка молібдену робитьпозитивний вплив на довговічність підшипників.
У Японії були випробувані підшипникові сталі типу ШХ15 з вмістом 1 -
1.5% Si. Довговічність підшипників з цих сталей підвищувалася, однак вони неотримали застосування через погану оброблюваності.
Пропонована заміна стали ШХ15 на сталь із зниженим вмістом хрому
(85Cr1Mo) не була здійснена, незважаючи на більш короткий час відпалу, з -за зниженою (8 мм) прокаліваемості. Цю сталь доцільно застосовуватитам, де потрібна покращена деформуємість в холодному стані.
Багатьма авторами було доведено сприятливий вплив підвищеноговмісту сірки (до 0,15%) на довговічність і оброблюваністьпідшипникових сталей, хоча сталі з таким змістом сірки поки незастосовуються.
У підшипникових сталях, отриманих за звичайною технологією, міститьсяблизько 0,005% О2, 0,01-0,02% N2, 0,0001-0,0005% Н2. Кисень знаходиться ввигляді оксидів і його кількість залежить від технології розкислення. Привакуумування вміст кисню зменшується до 0,002%, а при ВДП - до
0,001%.
Водень негативно впливає на якість сталі з огляду на те, що зниженнярозчинності його при зниженні температури металу викликає підвищенілокальні тиску в металі, що приводять до утворення флокенов.
При дослідженні підшипникових сталей вітчизняних і зарубіжних фірмбуло встановлено негативний вплив підвищених вмісту азоту та сумиазоту і кисню на довговічність підшипників.
мікропористого може призводити до утворення піттінга і зниженнядовговічності підшипника.
Неметалічні включення в підшипникових сталях єконцентраторами напруг і можуть у деяких випадках має спричинятипояви мікротріщин, що утворюються від підвищеної концентрації мозаїчнихнапруги, різкого охолодження при загартування та ін [6] в загальному ж випадкустараються, щоб неметалеві включення мали глобулярні форму.
Найбільш згубний вплив на якість підшипників надають включенняоксидів і нітридів алюмінію.
В даний час найбільш повно задовольняють вимогам повмісту шкідливих включень сталі, вироблені методами еШП і ВДП.
Однак цей метал дуже дорогий і, крім того, не встановленіекономічно доцільні вимоги по чистоті металу.
2. Аналіз способів виплавки шарикопідшипникових сталей на Україні, в
СНД і за кордоном.
2.1 Загальна характеристика способів виплавки.
Найбільш поширеними способами виробництва шарикопідшипниковихсталей є: основний мартенівський, кислий мартенівський іелектродугової. Останній, за даними С.С. Штейнберга, був визнаний найбільшдосконалим. Думали, що в електропечі може бути виплавлений першосортнихметал навіть з відносно забруднених сіркою і фосфором матеріалів.
Тому на заводах, на яких вихідні матеріали забруднені сіркою іфосфором вище норми, єдиним агрегатом для виплавки сталі гатункубула визнана електропіч.
Там же, де можливе отримання чистих по сере і фосфору чавунів,рівноцінним агрегатом була визнана кисла мартенівська піч.
В даний час в країнах СНД майже 90% підшипникової сталимасового призначення виплавляється в електродугових печах і близько 10% вкислих мартенівських печах.
Як у випадку виплавки в електропечі, так і у випадку мартенівськоїплавки можливе застосування обробки металу в ковші синтетичнимивапняно-глиноземисті шлаками.
Іншим напрямком, за яким удосконалювалося якістьвітчизняної підшипникової сталі, була технологія рафінуючихпереплавів - вакуумно-дугового, електрошлакового, плазмового іЕлектроннопроменева. Рафінуючі переплаву є дуже ефективними:завдяки принциповій зміні процесу кристалізації сталізбільшилася щільність злитку, знизилося загальний зміст газів, домішок,неметалічних включень і зменшилися розміри останніх у злитку.
Новим напрямком, розвиває в останні роки у вітчизнянійпромисловості при виплавки сталі у відкритих дугових електропечах, з'явилосяпозапічної вакуумування в ковші, в установках циркуляційного абопорційного вакуумування, вакуум-шлакової обробки (УВСШ).
За кордоном вдосконалення процесу виробництва сталі дляпідшипників масового і, частково, спеціального застосування пішло по шляхупозапічної вакуумування. Сталь для особливо відповідальних підшипниківвиплавляють методами вакуумної індукційної виплавки, вакуумно-дуговогопереплавки, Електроннопроменева плавки, плазмового і електрошлаковогопереплаву.
2.2 Виплавка в мартенівських печах.
Дуже обмежений обсяг виробництва кислих мартенівських сталей типу
ШХ15 (в т.ч. і ШХ4) в Україні та за кордоном пояснюється особливостями їївиробництва: паливо та шихтові матеріали при кислому процесі повинні матинизький вміст сірки і фосфору, тому що ці елементи при виплавці НЕвидаляються зі сталі.
При відсутності чистих руд можливий варіант, коли спочатку виплавляютьспеціальну заготовку в основних мартенівських печах, а потім переплавляютьїї в кислих. Незважаючи на високі експлуатаційні властивості одержуваноїсталі, цей процес є економічно не вигідним.
У кислому печі шарикопідшипникову сталь можна виплавляти активним абокремневосстановітельним процесом. Якщо в міру розплавлення в піч невводять ніяких добавок, то у міру підвищення температури металу шлакнасичується кремнеземом внаслідок окислення кремнію, відновлюєтьсяз подини. В'язкість шлаку збільшується, а швидкість переходу кисню затмосфери печі через шлак знижується. На певній стадії плавки починаєпревалювати процес відновлення кремнію, збільшується йогоконцентрація в металі. Цей процес називають кремневосстановітельним.
Таким способом виробляють підшипникову сталь на заводах фірми SKF в
Хеллефорсе. Виплавку ведуть в кислих мартенівських печах місткістю 30-120т.
Футеровку цих печей виконують з чистих силікатних матеріалів, що містятьблизько 97% SiO2. шихту складають з рідкого чавуну (50%), губчатого заліза
(30%), і відходів підшипникової сталі (20%). Вміст сірки і фосфору всталевий ванні після розплавлення низька, що пояснюється, перш за все,дуже високою чистотою видобутої залізної руди, з якої виготовляютьсягубчате залізо і чавун. Окислення здійснюється киснем. Ні в піч довипуску, ні в ківш під час випуску не додаються ні силікокальцій, ніалюміній.
У СНД виплавку шарикопідшипникових сталей в кислих мартенівськихелектропечах здійснюють активним процесом в печах ємністю 90 т.
Активний процес характеризується тим, що руду, вапно (абовапняк) вводять по ходу плавки. Це підвищує жідкоподвіжность шлаку,обмежує відновлення кремнію і збільшує його окиснуздатність. Відбувається інтенсивне кипіння, зміст кремнію неперевищує 0,10-0,12%. Як шихтових матеріалів використовуються чистий посере і фосфору чавун, спеціальна шихтові болванка і до 10% від садкивласні відходи кульковою сталі.
Спеціальна болванка виплавляється в основних мартенівських печах. Уматеріалі її міститься до 0,015% S і до 0,017% P.
Остаточне Розкислювання поводять в печі силікокальцій (1,26 кг/т) ікусковим алюмінієм (0,4 кг/т), присадку розкислювачі закінчують допояви шлаку.
В останні роки знаходить застосування також активний процес знаступною обробкою металу в ковші синтетичним вапняно -глиноземисті шлаком наступного складу: 52-55% CaO, 38-42% Al2O3, до 3%
SiO2, до 0.5% FeO, до 1.5% TiO2.
2.3 Виплавка в електродугових печах.
підшипникову сталь виплавляють за двома технологічними схемами - зобробкою пічним шлаком і з обробкою металу в ковші високоглиноземистісинтетичним шлаком, одержуваних в окремій печі.
Залежно від застосовуваної шихти по обох технологічним варіантамивиплавка може проводитися методом переплавки або на свіжій шихті. Привиплавки сталі методом переплавки з обробкою пічним шлаком використовуються від
70 до 100% відходів підшипникових сталей. Остаточне Розкислювання проводятьпічним кусковим алюмінієм шляхом присадки його в піч за 5 хвилин до випуску
(0,5 кт/т сталі). При виплавці на свіжій шихті з обробкою пічним шлакомвикористовують вуглецевий брухт (74-77%), чавун (18-21%), і відходипідшипникової сталі (4,5%). Остаточне Розкислювання металу виробляютьпервинним алюмінієм у кількості 0,5 кг/т у ківш і 0,5 кг/т у ківш.
високоглиноземисті синтетичним шлаком може оброблятися сталь,виплавлена як на свіжій шихті, так і методом переплавки. Фізико -хімічні процеси, що протікають в ковші при взаємодії рідкої сталі зрідкими вапняно-глиноземисті синтетичними шлаками, в основномузводяться до того, що при зливі рідкого металу з достатньо великої висотив ківш відбувається їх інтенсивне перемішування і взаємне емульгування.
Поверхня контакту металу і шлаку при їх взаємному емульгуваннянадзвичайно збільшена в порівнянні зі звичайним способом рафінування металув печі.
В останні роки дослідження спрямовані на зниження основностірафіновані шлаку. Застосування шлаків зниженою основності, полукіслихі кислих шлаків продиктовано прагненням наблизити склад включень уосновний електродугової стали до складу їх в кислому мартенівської або кислоїіндукційної сталях.
За таких процесах повинен знижуватися число великих глобулярнихвключень, але підвищуватися число сульфідних і, можливо, силікатнихвключень. При рафінуванні стали кислими шлаками переважаючим видомкисневих включень стають тонкі строчки дрібних зерен корунду.
2.4 Спеціальні способи виплавки.
Виплавка змішанням в ковші рідких розплавів.
Особливістю тієї технології є одночасне комплексневикористання трьох металургійних агрегатів: основний мартенівської печі,в якій виплавляють залізовуглецевих напівпродукт; дугової електропечідля виплавки рідкої лігатури; шлакоплавильної електропечі для виплавкисинтетичного шлаку.
Отримання сталі здійснюється шляхом змішування в сталерозливних ковшізалізовуглецевих напівфабрикату і рідкої лігатури в процесірафінування розплавів синтетичним шлаком і продуванням аргоном.
Передумови підвищення якості та експлуатаційних властивостей сталі,отриманої за технологією змішання з продувкою металу в ковші аргоном попорівнянні зі звичайною Електросталь, засновані на наступних теоретичнихположеннях та експериментально встановлених фактах: а) покращуються умови розкислення і легування сталі в ковші; б) в процесі розкислення беруть участь не тільки алюміній і кремній, а йвуглець, який утворює газоподібні продукти реакцій і володіє привибраної технології змішання розкислюючу здатністю на порядок вищекремнію; в) рівномірно розподілені легуючі елементи в обсязі ковша; г) як об'єкт розкислення використаний залізовуглецевихрозплав необхідної і легко регульованою окислення.
Вакуумна плавка, переплав та вакуумна дегазація сталі.
Застосовується кілька різновидів вакуумної обробки підшипниковоїсталі.
1) Виплавка в вакуумних індукційних печах на свіжій шихті.
2) Виплавка в електродугових печах з подальшою позапічної вакуумної обробкою в ковші або на спеціальних установках, цей процес називають вакуумированием або вакуумної дегазацією.
3) переплав електродів у вакуумних дугових печах. Електродами є Прокачаний заготовки, попередньо отримані в електродугових або електрошлакових печах.
Загальні особливості вакуумної обробки полягають в наступному: рідкийметал охороняється від окислювального впливу атмосферного кисню;внаслідок зниження тиску в печі зменшується розчинність азоту іводню, вони виділяються з рідкого металу і відкачуються; внаслідокпідвищення розкислюючу здатності вуглецю зменшується вмісткисню в металі і, як наслідок, знижується вміст неметалічнихвключений в результаті відновлення їх вуглецем і частково в результатітермічної дисоціації; також знижується вміст домішок деякихкольорових металів (олово, миш'як, свинець, вісмут та ін), що мають високупружністю пара; підвищується хімічна однорідність сталі.
для позапічної вакуумування підшипникової сталі всіх марок восновному застосовують такі найбільш продуктивні способи:
- циркуляційний (RH) - продуктивність однієї установки близько 400 тис. т на рік;
- порційний (DH) - продуктивність близько 200 тис. т на рік;
- вакуумування в ковші-печі ASEA-SKF (з дуговим підігрівом і електромагнітним перемішуванням) - продуктивність близько 200 тис. т на рік.
Всі перераховані установки можуть працювати в комплексі з будь-якимисталеплавильними агрегатами - електродугової, мартенівської, конверторноїпечами. Вакуум створюється високопродуктивними пароежекторнимі насосами.
Розливання стали при всіх вказаних способах виробляється в злитки абона установках безперервного розливання сталі.
Електрошлаковий переплав.
підшипникова сталь стала одним з перших об'єктів, на яких булавипробувана, а потім успішно впроваджена технологія ЕШП. При проходженніелектричного струму через шар рідкого шлаку в ньому виділяється тепло,оплавляються кінець електрода, навантаженого в шлак. Склад шлаку підбираютьтаким чином, щоб він володів високим рафінуючі дією і високимелектроопору. Розплавлений метал, проходячи через шлак,рафинируются, у ньому знижується вміст кисневих включень і сірки.
Потрапляючи в водоохолоджуваних кристалізатор очищений метал швидко інаправлено кристалізується, що запобігає утворенню дефектів злитка.
Особливостями злитків електрошлакового переплаву є високащільність, відсутність великих неметалічних включень, рівномірнийрозподіл дрібних включень, відсутність внутрішніх і поверхневихрозкатано забруднень, усадочних дефектів, підвищена пластичність пригарячої механічній обробці.
При ЕШП ступінь десульфурації становить 80%. Зміст сульфідних таоксидних включень зменшується в 1,5-2 рази. [1] Цей процес єдосить дорогим, тому сталь, виплавлену таким чиномдоцільно використовувати тільки в тих випадках, коли виробленіпідшипники використовуються в особливо відповідальних виробах і агрегатах
(літаки, атомні реактори тощо).
3. Аналітичний огляд літератури з питання технології, способів виплавки і розливання шарикопідшипникових стали за останні роки.
Підшипникові стали виплавляють ще з початку 20-р?? століття (перша буласталь ШХ15, що широко використовується і в даний час), і за цей час у ційобласті було проведено безліч досліджень і експериментів,спрямованих як на пошук закономірностей впливу хімічного складу,змісту і типу неметалічних включень, мікро-та макроструктури, так іна виявлення залежності якості готових підшипників від способу їхвиробництва.
Серед металургів і працівників підшипникової промисловості немаєєдиної думки про пайову вплив технологічних, конструктивних іметалургійних факторів на довговічність підшипників, оскільки вбільшості досліджень питання підвищення якості підшипникової сталивирішувалися в основному з точки зору задоволення вимог існуючихстандартів без достатньої перевірки зв'язку між цими вимогами ідовговічністю підшипників. Розбіжність у думках пояснюється тим, щовипробування підшипників - це багатофакторний експеримент і дуже важковиділити вплив одного з діючих факторів. [8]
Різні дослідники по-різному оцінюють рівень впливу різнихфакторів на якість підшипників.
Так, наприклад, у спільній роботі Першого державногопідшипникового заводу (ПГПЗ) і запорізького машинобудівного інститутубуло встановлено, що довговічність L90 підшипників типу 76210 шведськоїфірми СКФ в 6 разів перевершує аналогічний показник вітчизняних,австрійських та італійських підшипників.
У той же час спільними дослідженнями ВНІШ і УкрНІІспецсталі повипробування підшипників, виготовлених з металу шведської фірми СКФ івітчизняного виробництва за існуючою на підшипникових заводахтехнології, встановлено, що довговічність (L90) підшипників типу 76210 зшведської стали вищими, ніж з вітчизняної (заводу «Дніпроспецсталь»), всьогона 30-45%.
Дослідження підшипників після стендових випробувань дозволило зробитивисновок, що якість металу вітчизняного виробництва й шведської фірми
СКФ за багатьма показниками однаково.
Аналіз результатів випробувань підшипників дозволив зробити висновок, щовплив конструктивних параметрів і технологічних факторів (чистотаповерхні, точність зборки, гранность тіл кочення і т.д.) значновище, ніж вплив металургійного якості металу, в тому числі природи ікількості неметалічних включень. Висловлену положення може бутитакож підтверджено результатами випробувань довговічності різних типівпідшипників, наведених В.П. Жевтуновим (ВНІПП) на Всесоюзній конференціїпо підшипниковий сталям в м. Запоріжжя (1974р.). [8]
На думку А. Кравчика (Польща), основним критерієм оцінки якостіматеріалу підшипників є втомна контактна міцність, якавідображає стійкість матеріалу проти виникнення поверхневоговикрошіванія "піттінг" на робочих поверхнях підшипників. Механізмвиникнення цих викрошіваній є предметом суперечливих гіпотез.
З питання ж про причини, що викликають наступ втомного зносу ввипадку втоми кочення,
