Тема 1.2. Конструкційні нелеговані та леговані сталі для виливків

Лекція 2. Особливості виробництва сталевих виливків. Технологічні та службові властивості ливарних сталей. Вуглецеві сталі для виробництва виливків.

Основні питання:

• Особливості виробництва сталевих виливків.
• Технологічні та службові властивості ливарних сталей.
• Механічні властивості ливарних сталей та методи їх визначення.
• Вплив структури сталей на механічні властивості.
• Вплив структури металу на твердість сталевих виливків.
• Технологічні властивості сталей залежно від структури.
• Місце вуглецевих сталей у виробництві литих заготовок.
• Вплив хімічного складу на властивості вуглецевих сталей.
• Середньовуглецеві сталі для виливків, їх властивості, хімічний склад і галузі використання.
• Низьковуглецеві сталі і особливості виготовлення із них виливків.
• Високо вуглецеві ливарні сталі та особливості виробництва виливків.
• Графітовані сталі і особливості виготовлення виливків.
• Технічні вимоги до виливків із вуглецевих сталей.

Лабораторні роботи:

• Лабораторна робота 1. Дослідження технологічного процесу плавлення сталі методом переплаву.

Лекція 3. Конструкційні леговані сталі для виробництва виливків. 

Основні питання:

• Загальна характеристика конструкційних легованих сталей.
• Марганцевисті, марганцевокремнисті, ванадієві, хромисті, хромомарганцевокремнисті, хромонікелеві сталі, сталі з молібденом, вольфрамом і міддю, складнолеговані сталі.
• Їх хімічний склад, властивості і галузі використання

Практичні заняття:

• Практична робота 2: Визначення припусків на механічне оброблення і конструкції та розмірів стрижнів.

Лекція 4. Плавильні печі, їх класифікація та особливості використання в сталеливарному виробництві.

Основні питання:

• Плавильні печі для виплавляння ливарних сталей: дугові печі, їх конструкції, характеристики, переваги та недоліки у порівнянні з мартенівськими та індукційними печами.
• Індукційні сталеплавильні печі, принцип дії, конструкції, галузі використання.
• Футеровка електроплавильних печей.
• Технологія виготовлення електродів для дугових печей.

Лабораторні роботи:

• Лабораторна робота 1 Дослідження технологічного процесу плавлення сталі методом переплаву (продовження).

Лекція 5. Шихтові матеріали для виплавляння ливарних сталей різного призначення.

Основні питання:

• Шихтові матеріали та приготування їх до використання.
• Показники якості сталевого брухту і відходів.
• Класифікація сталевого брухту.
• Угар хімічних елементів під час виплавляння сталей у різних печах.
• Феросплави і вимоги до них.
• Неметалева частина шихти: вапно, боксити, плавиковий шпат.
• Навуглецьовувальні матеріали.

Практичні заняття:

• Практична робота 2: Визначення припусків на механічне оброблення і конструкції та розмірів стрижнів (продовження).

Лекція 6. Основні операції та періоди виплавляння сталей для виробництва виливків.

Основні питання:

• Основні операції та періоди:  завантаження шихти в піч, плавлення шихти у печах з різною футеровкою, окислювальний період,  відновлювальний період, випускання розплаву із печі, розливання сталі в ливарні форми.

Лабораторні роботи:

• Лабораторна робота 2. Дослідження впливу вмісту вуглецю та температури заливання металу у форми на ливарні властивості вуглецевих сталей.

Лекція 7. Особливості плавлення сталей в печах з основною та кислою футеровками. Порівняльні техніко-економічні показники плавлення сталей у таких печах.

Основні питання:

• Особливості виплавляння сталі в печах з основною футеровкою: метод окиснення і його виконання.
• Метод переплавлення та особливості його виконання, переваги методу.
• Особливості плавлення сталі в печах з кислою футеровкою, переваги печей з кислою футеровкою, пасивний метод плавлення і його виконання; плавлення сталі активним методом.
• Особливості плавлення сталей в індукційних печах.
• Техніко-економічні показники плавлення сталі в печах з різною футеровкою.

Практичні заняття:

• Практична робота 3: Розрахунок елементів ливникової системи.

Тема 2.2. Технологічні процеси покращання властивостей ливарних сталей

Лекція 8. Легування, мікролегування та модифікування ливарних сталей.

Основні питання:

• Процеси легування, мікролегування і модифікування сталей.
• Теорія легування сплавів на основі заліза.
• Особливості використання нікелю, міді, молібдену, хрому, ванадію, титану, бору, марганцю, РЗМ та інших хімічних елементів для легування, мікролегування і модифікування сталей.
• Позапічне легування сталей та його удосконалення.

Лабораторні роботи:

• Лабораторна робота 2. Дослідження впливу вмісту вуглецю та температури заливання металу у форми на ливарні властивості вуглецевих сталей (продовження).

Лекція 9. Фізико-хімічні процеси, які мають місце у ванні печі під час виплавляння ливарних сталей.

Основні питання:

• Характеристика металургійних процесів, що відбуваються в плавильній печі під час виплавлення сталі.
• Роль пічного шлаку під час виплавлення ливарної сталі: характеристика шлаків, будова, використання.
• Роль кисню в процесах утворення шлаків та виплавляння сталі.
• Процеси окиснення і відновлення хімічних елементів у сталеплавильній ванні: марганцю, кремнію, фосфору, сірки, хрому та інших елементів.

Практичні заняття:

• Практична робота 3: Розрахунок елементів ливникової системи (продовження).

Розділ 3. Виробництво сталевих виливків

Тема 3.1. Фактори, які впливають на виробництво якісних сталевих литих деталей та їх експлуатацію

Лекція 10. Вплив ливарних властивостей на формування якісних виливків. Рідкотекучість сталей.

Основні питання:

• Загальна характеристика факторів, що впливають на формування якісних виливків.
• Вплив фізико-хімічних властивостей металу на його рідкотекучість: вплив хімічного складу, інтервалу кристалізації, неметалевих вкраплин, теплопровідності, в’язкості та поверхневого натягу.
• Вплив фізико-хімічних та технологічних властивостей ливарної форми на рідкотекучість: теплоакумулювальна здатність, газопроникність, газотвірність, шорсткість поверхні форми.
• Вплив факторів, які визначають умови підведення металу в порожнину ливарної форми. Технологічні проби для визначення рідкотекучості сплавів на основі заліза. Загальні висновки щодо рідкотекучості.

Лабораторні роботи:

• Лабораторна робота 3. Дослідження впливу вмісту вуглецю на  механічні властивості вуглецевих сталей.

Лекція 11. Особливості первинної і вторинної кристалізації ливарних сталей.

Основні питання:

• Первинна кристалізація. Фактори, що впливають на первинну кристалізацію.
• Теорії виникнення зародків. Вплив фізико-хімічних властивостей металу на його первинну кристалізацію: температура перегрівання, хімічний склад тощо.
• Вплив фізико-хімічних та технологічних властивостей ливарної форми: теплоакумулювальна здатність та швидкість підведення металу в ливарну форму.
• Вплив зовнішніх факторів на кристалізацію сталі. Вторинна кристалізація. Фактори, що впливають на процеси вторинної кристалізації.
• Термічне оброблення виливків.
• Загальні висновки щодо кристалізації металу в сталевих виливках.

Практичні заняття:

• Практична робота 4: Способи виготовлення форм і стрижнів та устатковання.

Лекція 12. Усадка ливарних сталей і її вплив на формування якісних виливків.

Основні питання:

• Види усадки та її вплив на властивості сталі.
• Усадка в рідкому стані, під час кристалізації та в твердому стані. Вплив фізико-хімічних властивостей сталі на її усадку. Особливості лінійної усадки в сталях.
• Особливості об’ємної усадки сталей. Вплив фізико-хімічних властивостей сталі на об’ємну усадку: хімічного складу, газів, температури та рідкотекучості.
• Дефекти усадкового походження.
• Загальні висновки щодо усадки сталей. Заходи щодо попередження усадкових дефектів.

Лабораторні роботи:

• Лабораторна робота 3. Дослідження впливу вмісту вуглецю на  механічні властивості вуглецевих сталей (продовження).

Лекція 13. Неметалеві вкраплини як фактор негативного впливу на формування якісних сталевих виливків.

Основні питання:

• Загальна характеристика впливу неметалевих вкраплин на якість сталевих виливків.
• Класифікація неметалевих вкраплин за походженням та за часом їх утворення.
• Різновиди неметалевих вкраплин за хімічним складом: оксидні, сульфідні, фосфідні, карбідні.
• Вплив алюмінію на утворення неметалевих вкраплин.
• Екзогенні вкраплини.
• Розміри, форма і розчинність неметалевих вкраплин.
• Методи дослідження та контролю неметалевих вкраплин.
• Заходи боротьби з ендогенними і екзогенними неметалевими вкраплинами.

Практичні заняття:

• Практична робота 4: Способи виготовлення форм і стрижнів та устатковання (продовження).

Лекція 14. Дефекти газового походження в сталевих виливках і заходи щодо їх попередження.

Основні питання:

• Загальна характеристика газів і газових дефектів.
• Механізм утворення дефектів газового походження.
• Водень у сталях і сталевих виливках.
• Кисень у сталях і сталевих виливках.
• Азот у сталях і сталевих виливках.
• Газові раковини у виливках з вини ливарної форми.
• Заходи боротьби з дефектами газового походження.

Лабораторні роботи:

• Лабораторна робота 4. Дослідження впливу вуглецю на процеси структуроутворення у вуглецевих сталях.

Лекція 15. Лікваційні процеси в сталях і сталевих виливках і заходи боротьби з ними.

Основні питання:

• Ліквація в сталях та її різновиди.
• Механізм процесу ліквації хімічних елементів у сталях.
• Вплив хімічних елементів на лікваційні процеси в сталях.
• Заходи боротьби з ліквацією у сталевих виливках.

Практичні заняття:

• Практична робота 5: Виплавляння сталі, способи заливання форм і термічне оброблення виливків.

Лекція 16. Ливарні напружини в сталевих виливках і заходи щодо їх попередження.

Основні питання:

• Різновиди ливарних напружин у сталевих виливках.
• Механізм утворення термічних напружин у виливках.
• Вплив фізико-хімічних властивостей металу на утворення термічних напружин.
• Вплив конструкції литої деталі та ливарної форми на утворення термічних напружин.
• Фазові напружини. Усадкові напружини. Мікроскопічні і субмікроскопічні напружини.
• Заходи щодо попередження залишкових напружин.

Лабораторні роботи:

• Лабораторна робота 4. Дослідження впливу вуглецю на процеси структуроутворення у вуглецевих сталях (продовження).

Лекція 17. Гарячі тріщини в сталевих виливках і заходи щодо їх попередження.

Основні питання:

• Різновиди тріщин.
• Механізм утворення тріщин.
• Критичні інтервали утворення гарячих тріщи у сталевих виливках.
• Фактори, що впливають на процеси утворення гарячих тріщин.
• Методики визначення тріщиностійкості сталей у виливках.
• Заходи щодо попередження утворення гарячих тріщин у сталевих виливках.

Практичні заняття:

• Практична робота 5: Виплавляння сталі, способи заливання форм і термічне оброблення виливків (продовження).

Лекція 18. Особливості технологічного процесу виробництва сталевих виливків різного призначення.

Основні питання:

• Основні операції технологічного процесу виробництва сталевих виливків.
• Ливникові системи для виробництва якісних сталевих виливків.
• Особливості підведення металу у форму сифоном, по розніму форми і з використанням щілинних ливникових систем.
• Особливості заливання форм.
• Основні правила технології ливарної форми.
• Особливості фінішних операцій та термічного оброблення сталевих виливків.

Лабораторні роботи:

• Лабораторна робота 4. Дослідження впливу вуглецю на процеси структуроутворення у вуглецевих сталях (продовження).

Перелік питань, що виносяться на МКР:

• Ванадієві конструкційні сталі, їх хімічний склад, характеристика та галузі використання.
• Високовуглецеві сталі для виливків, хімічний склад, різновиди, особливості виготовлення із них литих заготовок, галузі використання.
• Властивості ливарних сталей: загальна характеристика.
• Внесок вітчизняних учених у розвиток сталеливарного виробництва.
• Водень у сталях та сталевих виливках. Джерела попадання водню в розплав та заходи боротьби з ним.
• Вплив властивостей металу і ливарної форми на утворення гарячих тріщин.
• Вплив ливарної форми на процеси усадки вуглецевої сталі.
• Вплив умов заливання форм розплавом на його рідкотекучість та виготовлення якісних виливків.
• Вплив фізико-хімічних властивостей ливарної форми на процеси первинної кристалізації.
• Вплив фізико-хімічних властивостей ливарної форми на рідкотекучість вуглецевих сталей.
• Вплив фізико-хімічних властивостей металу на усадку в рідкому стані, під час кристалізації та в твердому стані.
• Вплив фізико-хімічних властивостей рідкого металу на рідкотекучість вуглецевих сталей.
• Вторинна кристалізація. Фактори, які впливають на процеси вторинної кристалізації.
• Гази у сталях і сталевих виливках. Загальна характеристика.
• Газові дефекти у сталевих виливках та механізм їх утворення.
• Гарячі тріщини у сталевих виливках. Механізм утворення гарячих тріщин.
• Графітовані сталі для виливків, їх хімічний склад, різновиди, особливості виготовлення із них литих заготовок, галузі використання.
• Етапи розвитку та перспективи сталеливарного виробництва.
• Загальна характеристика технологічного процесу виробництва сталевих виливків.
• Заходи боротьби з гарячими тріщинами в сталевих виливках.
• Заходи боротьби з дефектами усадкового походження в сталевих виливках.
• Заходи боротьби з джерелами попадання газів у розплав та з газовими дефектами у виливках.
• Заходи боротьби з неметалевими вкраплинами різного хімічного складу і походження.
• Заходи щодо підвищення рідкотекучості вуглецевих сталей, які пов’язані із станом розплаву і ливарної форми.
• Кисень і азот у сталях та сталевих виливках. Джерела попадання цих газів у розплав і заходи боротьби з ними.
• Класифікація сталевих виливків.
• Класифікація сталей для виробництва литих заготовок.
• Конструкційні леговані сталі для виливків. Загальна характеристика, різновиди, галузі використання.
• Ливарні напружини у сталевих виливках. Їх різновиди і механізм утворення.
• Ліквація у виливках із вуглецевих сталей. Різновиди ліквації та їх вплив на властивості металу і якість виливків.
• Марганцеві конструкційні сталі, їх хімічний склад та галузі використання.
• Механізм лікваційних процесів у металі сталевих виливків.
• Механізм формування ливарних напружин у сталевому виливку. Заходи боротьби із залишковими на пружинами.
• Наведіть переваги і недоліки виплавляння сталей в індукційних печах у порівнянні з дуговими.
• Наведіть причини руйнування футеровки печей, матеріали для її заправлення та технологію заправлення печей з різними футеровками.
• Наведіть складові металевої частини шихти для виплавлення конструкційних ливарних сталей.
• Наведіть складові неметалевої частини шихти для виплавляння ливарних сталей у печах з різними футеровками та їх призначення.
• Наведіть техніко-економічні показники роботи дугових електропечей з різною футеровкою. Як їх покращити?
• Наведіть фактори, на які суттєвий вплив справляє якість шихтових матеріалів.
• Наведіть феросплави, які використовують для виплавлення ливарних сталей, та вимоги до них.
• Недоліки ливарних сталей у порівнянні із сірими чавунами.
• Неметалеві вкраплини в сталевих виливках. Їх різновиди і класифікація.
• Низьковуглецеві ливарні сталі, їх хімічний склад та особливості виробництва із них литих заготовок.
• Низьковуглецеві сталі для виливків, хімічний склад, галузі використання та особливості виготовлення із них виливків.
• Номенклатура ливарних властивостей сталей та їх характеристика.
• Опишіть вимоги, які пред’являють до електродів та технологію їх виготовлення.
• Опишіть конструкцію, принцип роботи індукційних печей та особливості виплавляння в них сталей.
• Опишіть матеріали, які використовують для футерування сталеплавильних печей, та технології виконання процесу футерування.
• Опишіть методику визначення температури металу в печі перед його випусканням та її вимірювання.
• Опишіть окиснювальний період, його призначення та технологію здійснення.
• Опишіть основні операції та періоди, які мають місце під час виплавляння конструкційних ливарних сталей.
• Опишіть процес плавлення шихти та основні завдання сталевара під час його здійснення.
• Опишіть технології завантажування шихти в дугову та індукційну печі.
• Опишіть фактори, які справляють суттєвий вплив на процес виплавляння ливарної сталі.
• Особливості ливарної форми під час виробництва сталевих виливків.
• Особливості первинної кристалізації вуглецевої сталі. Теорія послідовної кристалізації за Г.Ф.Баландіним.
• Особливості розливання вуглецевої сталі під час виробництва якісних сталевих виливків.
• Особливості фінішних операцій під час виробництва виливків із вуглецевих сталей.
• Охарактеризуйте матеріали, які використовують для навуглецьовування ливарних сталей.
• Охарактеризуйте матеріали, які використовують для окиснення домішок під час окиснювального періоду.
• Охарактеризуйте особливості випускання розплаву із плавильних агрегатів різних типів.
• Охарактеризуйте особливості розливання сталей у ливарні форми в умовах різного характеру виробництва та визначення температури розплаву.
• Охарактеризуйте особливості технології виплавляння сталей в індукційних печах.
• Охарактеризуйте печі, які використовують для виплавляння сталей різного хімічного складу.
• Охарактеризуйте призначення та виконання відновлювального періоду під час виплавляння сталей у дугових електропечах.
• Охарактеризуйте сталевий брухт, який використовують для виплавлення конструкційних ливарних сталей.
• Охарактеризуйте шлакоутворювальні матеріали, які використовують під час виплавляння ливарних сталей.
• Переваги сталевих виливків перед чавунними.
• Переваги сталевих литих заготовок перед заготовками, виготовленими куванням, штампуванням і прокатуванням.
• Правила підведення рідкого металу в ливарну форму.
• Режими термічного оброблення виливків, виготовлених із вуглецевих сталей.
• Рідкотекучість вуглецевих сталей. Різновиди рідкотекучості за Ю.А.Нехендзі.
• Розкрийте особливості та методи виплавляння ливарних сталей в печах з основною футеровкою.
• Розкрийте особливості та методи виплавляння ливарних сталей в печах з кислою футеровкою.
• Розміри та форма неметалевих вкраплин. Умови видалення НВ із рідкої сталі.
• Середньовуглецеві ливарні сталі, їх хімічний склад, особливості виготовлення виливків, властивості та галузі використання.
• Середньовуглецеві сталі для виливків, їх місце в сталеливарному виробництві, хімічний склад, властивості та галузі використання.
• Технологічні властивості ливарних сталей: оброблюваність, зварюваність, прокатуваність.
• Усадка металу у виливках із вуглецевих сталей. Різновиди лінійної і об’ємної усадок.
• Фактори, які впливають на рідкотекучість вуглецевих сталей.
• Фактори, які впливають на утворення ливарних напружин.
• Фактори, які суттєво впливають на процеси первинної кристалізації з боку розплаву.
• Характеристика неметалевих вкраплин за їх походженням і хімічним складом.
• Хімічний склад вуглецевих ливарних сталей і його вплив на властивості та якість сталевих виливків.
• Хромисті конструкційні сталі, їх хімічний склад, характеристика та галузі використання.
• Хромомарганцевокремнисті конструкційні сталі, їх хімічний склад, характеристика та галузі використання.
• Хромонікелеві конструкційні сталі, їх хімічний склад, характеристика та галузі використання.

Іспит

• Рейтингова оцінка рівня підготовки студентів визначається відповідно до «Положення про рейтингову систему оцінювання успішності студентів з дисципліни «Виробництво виливків із сталей»
• Письмовий.