Blok II
1. Wymienić i scharakteryzować podstawowe procesy przeróbki plastycznej
Przeróbka plastyczna - metoda obróbki metali polegająca na wywieraniu narzędziem na obrabiany materiał nacisku przekraczającego granicę jego plastyczności, mającego na celu trwałą zmianę kształtu i wymiarów obrabianego przedmiotu. Zawsze uzyskuje się poprawę własności mechanicznych. Proces kształtowania może przebiegać w warunkach: na gorąco, lub na zimno
Podstawowe procesy przeróbki plastycznej:
ciągnienie
walcowanie
kucie
wyciskanie
tłoczenie
Ciągnienie - sposób obróbki plastycznej z zasady na zimno, w którym materiał w postaci pręta lub rury wprowadzany jest w stożkowy obszar narzędzia - ciągadła i jest przez nie przeciągany siła F.
Wyróżniamy ciągarki ławowe i bębnowe
Walcowanie- sposób obróbki plastycznej w której następuje zgniatanie materiału pomiędzy obracającymi sie walcami a siły tarcia pomiędzy walcami a materiałem powodują równocześnie jego przemieszczenie.
Wyróżniamy walcowanie wzdłużne, poprzeczne i wskośne.
Kucie - sposób obróbki plastycznej, w którym kształtowanie materiału następuje uderzeniem lub naciskiem narzędzia wykonującego ruch postępowy
kucie swobodne, w którym metal kształtuje się między równoległymi kowadłami - płaskimi lub kształtowymi, nie odpowiadającymi założonemu kształtowi kutego wyrobu, lecz częściowo ograniczającymi jego swobodne płynięcie w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu narzędzia roboczego;
kucie matrycowe, w którym metal kształtuje się między matrycami (otwartymi lub zamkniętymi) o wykrojach, odpowiadających kształtowanej przedkuwce lub odkuwce, jednakże całkowicie ograniczających jego płynięcie poprzeczne, które ma dodatkowo zapewnić jego pełne i prawidłowe wypełnienie;
Wyrobem kucia jest odkuwka..
Wyciskanie, w którym kształtowanie polega na wypływie metalu - poddanego ściskaniu w zamkniętej przestrzeni pojemnika, będącego pod działaniem stempla roboczego, przez oczko matrycy, o kształcie ściśle odpowiadającym przekrojowi poprzecznemu wyrobu. Ze względu na kierunek płynięcia metalu względem ruchu stempla rozróżnia się:
wyciskanie współbieżne (ruch zgodny)
wyciskanie przeciwbieżne (ruch przeciwny).
Tłoczenie - sposób obróbki plastycznej na zimno lub na gorąco obejmujący cięcie i kształtowanie blach, a także folii i płyt metalowych lub przedmiotów o małej grubości w stosunku do pozostałych wymiarów(np. druty, profile z blachy.)
2. Scharakteryzować technologie przetwarzania i wytłaczania wyrobów z blach
Przetwarzanie wyrobów z blach dzielimy na:
Cięcie
Kształtowanie
Cięcie - rozdzielenie materiału bez powstawania wiórów
wykrawanie,
odcinanie (całkowite oddzielenie wzdłuż lini niezamkniętej),
wycinanie (całkowite oddzielenie jednej częsci od drugiej wzdłuż lini zamkniętej,wycięty element jest żądanym wyrobem),
dziurkowanie (wykonywanie otworów,całkowite oddzielenie wzdłóż lini zamkniętej, wycięty element jest odpadem),
przycinanie,
okrawanie (oddzielenie zbędnej części mat.od części ukształtowanej plastycznie),
nacinanie (częściowe oddzielenie jednej częsci od drugiej),
rozcinanie,
Kształtowanie obejmuje gięcie:
na pasach(wyginanie -najprostszy przypadek wykonywanie kątowników, zaginanie, zawijanie- nadanie obrzeżu materiału kształtu zawiniętego)
przy użyciu walców
gięcie przez przeciąganie
Wytłaczanie - w metalurgii jest to proces, podczas którego następuje przekształcenie płaskiego półwyrobu w wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej. Narzędziem w procesie wytłaczania jest tłocznik. Składa się on głównie ze stempla, matrycy i dociskacza, zabezpieczającego brzeg blachy przed pofałdowaniem pod działaniem obwodowych naprężeń ściskających.
3. Omówić sposoby odlewania ciśnieniowego wyrobów ze stopów metali nieżelaznych
Odlewanie pod ciśnieniem polega na wprowadzeniu ciekłego metalu do formy metalowej
pod wpływem dodatkowego ciśnienia (2-350 MPa). Metoda ta pozwala na otrzymywanie
cienkościennych odlewów o dużych dokładnościach wymiarowych i bardzo gładkiej powierzchni.
Stosowana jest do odlewów stosunkowo małych, produkowanych masowo lub w dużych seriach ze stopów aluminium, cynku, miedzi i magnezu.
Odlewanie pod ciśnieniem wykonuje się na specjalnych maszynach, które dzielą się na maszyny z gorącą komorą i zimną komorą ciśnienia; zimne komory ciśnienia dzielą się zaś na poziome i pionowe.
Zimnokomorowe stosowane są przeważnie do stopów aluminium miedzi Pracują one przy
wysokich ciśnieniach 60-350 MPa.
Gorącokomorowe stosowane są do stopów cynku i magnezu, mają niższe ciśnienie.
4. Przedstawić przebieg procesu odlewania wybranego wyrobu ze stopów żelaza
Przebieg procesu odlewania dzwonu:
przygotowania formy, która składa się z trzech części - rdzenia, dzwonu fałszywego i kapy
Rdzeń (czyli wewnętrzny profil dzwonu) wykonuje się z gliny dzwon fałszywy z gliny pokrytej łojem
Na dzwonie fałszywym umieszcza się ozdoby i ornamenty wykonane z wosku.
Płaszcz (zewnętrzną formę) wykonuje się ponownie z gliny.
Następuje proces wypalania, podczas którego łój i wosk wytapia się pozostawiając
między trzema częściami formy wolne miejsce.
Po rozdzieleniu trzech części dzwon fałszywy niszczy się, a po złożeniu rdzenia z kapą
powstaje puste miejsce, które zalewa się płynnym metalem.
Dzwon stygnie od dwóch do kilkunastu dni zakopany w ziemi, po wydobyciu z ziemi i
zniszczeniu formy jest czyszczony, polerowany i złocony.
Ostatnim etapem jest okucie dzwonu
5. Scharakteryzować technologię wtrysku i wytłaczania tworzyw sztucznych. Podać
przykłady wyrobów i rodzaje stosowanych tworzyw sztucznych
Proces wtryskiwania
Cechą charakterystyczną procesu wtryskiwania jest to, że w przeciągu liczonego w sekundach
czasu cyklu kształtowane są wszystkie własności użytkowe wyrobu. Zostaje wykształtowana
struktura wewnętrzna wypraski, następuje skurcz, kształtowane są wymiary. Poprawne ustawienie
procesu ma na celu wyeliminowanie występujących równocześnie wad wewnętrznych i
zewnętrznych i zapewnienie powtarzalnej jakości produkowanych wyprasek. Przebieg procesu wtrysku i kształtowanie własności wyrobu w procesie wtryskiwania charakteryzuje krzywa ciśnienia.
Etapy procesu wtrysku tradycyjnego:
• Ogrzewanie i upłynnienie
• Wtrysk właściwy
• Stygnięcie
• Opróżnienie formy
• Zamknięcie formy
• Oczyszczanie produktu
Przykład technologii wtrysku są sztućce jednorazowego użytku wykonane z Polistyrenu PS
Proces wytłaczania
Wytłaczanie jest procesem ciągłego formowania wyrobów z tworzyw sztucznych (np. profili,
płyt, rur, etc.). Polega na uplastycznieniu tworzywa w układzie uplastyczniającym (układ ślimak- cylinder) wytłaczarki i przepchaniu go pod wpływem wytworzonego ciśnienia przez głowicę formującą wyrób.
Podstawy procesu wytłaczania są relatywnie proste, obracający się ślimak w cylindrze wytłaczarki przepycha tworzywo przez głowicę. Geometrycznie ślimak możemy przedstawić jako linię śrubową nawiniętą na rdzeń. Wytłaczarkę możemy podzielić na sześć stref, które odpowiadają stanom fizycznym od stanu stałego do uplastycznionego tworzywa.
Przykład technologii wytłaczania są rury do transportu wody pitnej wykonane z Polietylenu
6. Klasyfikacja rud metali i metody ich wzbogacania.
Ze względu na użyteczność i zastosowanie przemysłowe wydzielane są następujące grupy rud
metali:
1) żelaznych (żelazo, mangan, chrom),
2) staliwnych, czyli uszlachetniających stal (molibden, nikiel, kobalt, wolfram, wanad, tytan),
3) nieżelaznych (miedź, ołów, cyna, cynk),
4) lekkich (glin, magnez),
5) specjalnych i rzadkich (antymon, arsen, bizmut, rtęć, kadm, gal, ind, german, rubid, cez,
cyrkon, niob, tantal, beryl i in.),
6) szlachetnych (złoto, srebro, platyna),
7) promieniotwórczych (uran, rad, tor).
Wzbogacaniem rudy nazywa się usunięcie z rudy różnych domieszek skalnych i innych
zanieczyszczeń.
Wzbogacanie grawitacyjne
Wzbogacenie rud metodą grawitacyjną prowadzi się wykorzystując osadzarki, stoły koncetracyjne i separatory do rozdziału materiałów w cieczach ciężkich zawiesinowych.
Wzbogacanie w osadzarkach polega na rozwarstwieniu materiału na sicie na ziarna większe i cięższe, które gromadzą się w dolnej warstwie, od ziaren małych i lekkich, które pozostają w warstwie górnej. Rozdział ten następuje w wyniku wielokrotnego wznoszenia się i opadania ziarn minerałów znajdujących się na sicie, poddawanych pulsacyjnemu działaniu wody doprowadzonej pod sito. Do wzbogacania w osadzarkach ruda powinna być rozdrobniona na ziarna poniżej 5mm do 0,2mm. Przy bardzo dobrym zuarnieniu na sicie celowo wytwarza się podłoże z grubych ziarn minerału lub z kul stalowych.
Stoły koncentracyjne stosowane są do wzbogacania materiałów drobnych. Na płycie stołu
koncentracyjnego, nachylonej pod kątem do poziomu, przytwierdza się listwy, których wysokość maleje w kierunku krótszej krawędzi stołu. Płyta robocza stołu przesuwa się ruchem posuwisto- zwrotnym z prędkością różną w jednym i drugim kierunku. Ruch stołu i ulistwienie jego płyty, siły ciężkości, bezwładności i tarcia, działające na poszczególne ziarna, a także siła naporu wody, mają wpływ na ruch ziarn, wskutek czego wypadkowy kierunek ich ruchu nie jest jednakowy. Następuje w ten sposób rozdział ziarn materiałów według ich wielkości i gęstości.
Wzbogacenie w cieczach ciężkich zawiesinowych jest najbardziej powszechnie stosowaną operacją wstępną przed flotacją. Metoda ta umożliwia rozdział minerałów o niewielkiej różnicy gęstości (0,1 g/cm3). Ciecz ciężką zawiesinową tworzy się z wody i obciążnika. Obciążnikiem jest substancja kilkakrotnie cięższa od wody, utrzymująca się w stanie zawieszenia dzięki bardzo drobnym cząsteczkom. Ziarna różnych minerałów, zanurzone w takiej cieczy, rozdzielają się na ziarna o gęstości mniejszej od cieczy, które wypływają na powierzchnię i o większej gęstości, które toną.
Wzbogacanie flotacyjne
W metodzie flotacyjnego wzbogacania rud wykorzystuje się różnice we właściwościach
powierzchniowych różnych materiałów, co przejawia się selektywnym przyczepieniem się
pęcherzyków powietrza do zawieszonych w wodzie ziarn minerałów w trudno zwilżalnych przez wodę, tak zwanych hydrofobowych. Ziarna te wynoszone są na powierzchnię wody, tworząc pianę flotacyjną. Pęcherzyki powietrza nie przyczepiają się do ziarn skały płonnej, łatwo zwilżalnych przez wodę - hydrofilowych, które toną. W rezultacie otrzymuje się koncentraty metali użytecznych w pianie flotacyjnej oraz odpady. Pęcherzyki powietrza tworzą się w wyniku napięcia powierzchniowego na granicy faz ciecz- powietrze, dążąc do maksymalnego zmniejszenia powierzchni granicznej. Przytwierdzenie się pęcherzyków powietrza do ziarn minerałów przebiega samorzutnie.
Naturalną flotowalność, związaną z hydrofobowością powierzchni, posiadają tylko nieliczne minerały, jak: grafit, siarka, węgiel kamienny, siarczki metali i inne. Minerały posiadają w różnym stopniu naturalne własności flotacyjne, jednak oddziałując na ich powierzchnię odpowiednimi odczynnikami przeciwdziałającymi zwilżalności można zwiększyć ich flotowalność.
Wzbogacenie magnetyczne
Rozdział ten polega na wprowadzeniu mieszaniny ziarn minerałów w przestrzeń oddziaływania pola magnetycznego, wytworzonego np. pomiędzy biegunami magnesu (elektromagnesu). W polu magnetycznym ziarna zachowują się w różny sposób zależnie od ich własności fizycznych a w szczególności od ich własności magnetycznych. Magnetyczne własności ciał stałych, w tym także i minerałów charakteryuje się wielkością zwaną podatnością magnetyczną χ.
W procesie separacji magnetycznej ważną rolę odgrywają następujące parametry: 1. natężenie
pola magnetycznego w przestrzeni roboczej separatora, 2. podatność magnetyczna rozdzielanych materiałów, 3. wielkość ziarn, 4. opór ruchu ziarn wywołany siłami grawitacji i tarcia, oraz jak w każdym procesie wzbogacania, stopień uwolnienia ziarn. W celu wyraźnego obniżenia wpływu grawitacji i tarcia na proces separacji magnetycznej w praktyce stosowane są różnego typu separatory wykorzystujące obracające się bębny (wałki), wibrujące rynienki, w których rozdzielane minerały, w obszarze działania pola magnetycznego, są przesuwane ruchami skokowymi. Dla podwyższenia skuteczności procesu ziarna mogą być poddawane separacji magnetycznej zawiesinie wodnej. Ten ostatni sposób pozwala na przeprowadzenie separacji nawet dla materiału bardzo drobnoziarnistego (np. <0.01-0.001mm).
Wzbogacanie ogniowe
Są to procesy mające na celu spowodowanie, dzięki ogrzewaniu rudy, przemian prowadzących do polepszenia jakości rud, ułatwiających dalszą ich przeróbkę względnie podwyższenie zawartości składnika użytecznego. Uzyskuje się to przez usunięcie dwutlenku węgla z rud zawierających węglany, wody chemicznie związanej z rud zawierających uwodnione tlenki żelaza, zwiększenie porowatości rudy, powodujące poprawę własności redukcyjnych oraz częściowe usunięcie pierwiastków szkodliwych, jak np. siarka.
7. Materiały wsadowe do procesu wielkopiecowego i ich charakterystyka.
Materiały wsadowe do wielkiego pieca:
Materiały wsadowe stosowane w procesie wielkopiecowym można podzielić na trzy zasadnicze grupy, a mianowicie: surowce żelazodajne, paliwo i topniki
Do surowców żelazodajnych zalicza się te wszystkie materiały, z którymi wprowadza się do
wielkiego pieca żelazo, a więc koncentraty rud (spieki, grudki i brykiety),materiały metalonośne, żużel z pieców martenowskich i grzewczych, zgorzelinę, pył wielkopiecowy itd.
Paliwem dla wielkiego pieca może być koks z węgla kamiennego, węgiel drzewny i antracyt. W chwili obecnej powszechnie stosowanym paliwem wielkopiecowym jest koks. Jest on zarówno paliwem jak i reduktorem. Wytwarza ciepło(spalany w dolnej części wielkiego pieca), oraz gazy potrzebne do redukcji tlenu z koncentratów rud. Ponadto zapewnia przepuszczalność wsadu umożliwiającą spływ ciekłego metalu i żużla w dolnych partiach pieca, a także podtrzymuje słup materiałów wsadowych strefie gdzie pozostałe materiały wsadowe ulegają stopieniu. W wielkich piecach pracujących na koksie wytwarza się dziś 99% światowej produkcji surówki. Wadą koksu jako paliwa jest dość duża zawartość popiołu oraz siarki.
Topniki: Ruda żelaza stosowana do wsadu wielkopiecowego zawiera niemal zawsze, oprócz
tlenków żelaza, mniejsze lub większe ilości skały płonnej, złożonej najczęściej z tlenków
krzemu, glinu, wapnia oraz magnezu. Aby domieszki te usunąć ze wsadu, skupić je i roztopić
w postaci żużla łatwo topliwego i łatwo oddzielającego się od surówki, dodaje się do wsadu
wielkopiecowego topnik w postaci kamienia wapiennego, dolomitu, kwarcu itd.
8. Otrzymywanie cynku w procesie ISP.
Proces pirometalurgiczny (metoda ogniowa)
Proces pirometalurgiczny jest stosowany do mieszanych koncentratów cynk/ołów i surowca
wtórnego. Cynk jest rafinowany przez destylację powrotną w kolumnach zawierających dużą ilość półek ogniotrwałych. Dolne końce kolumn są ogrzewane zewnętrznie gazem
ziemnym. Górne końce nie są ogrzewane i są wystarczająco chłodne, aby skroplić i zawrócić
metaleo wyższej temperaturze wrzenia, zanim pary przejdą do skraplacza. Destylacja odbywa się w dwóch etapach; najpierw następuje rozdzielanie cynku i kadmu od ołowiu, a następnie oddzielanie kadmu od cynku. Stop jest przekazywany do rafinerii kadmu. Metal z dna drugiej kolumny jest wysokogatunkowym cynkiem.
9. Zachowanie zanieczyszczeń w procesie elektrorafinacji miedzi.
Podczas rafinacji elektrolitycznej miedzi oddzielane są inne metale zawarte w anodach; metale rozpuszczalne takie jak Ni są rozpuszczane w elektrolicie, a metale nierozpuszczalne, takie jak metale szlachetne Se i Te, tworzą szlam anodowy osiadający w elektrolizerze. Szlam anodowy jest okresowo usuwany z elektrolizera, a wartościowe metale są odzyskiwane.
Zanieczyszczenia usuwane podczas rafinacji elektrolitycznej wykorzystywane są do wytwarzania miedzi katodowej o wysokim standardzie jakości.
10. Metody stykowe pomiaru temperatury.
Temperatura- jest wielkością określającą stopień ogrzania jakiegoś ciała lub płynu, zależącą od średniej energii kinetycznej cząstek tego ciała.
1. Stykowe metody pomiaru temperatury:
a. Termometry rozszerzalnościowe:
Wykorzystano w ich działaniu rozszerzalności ciał stałych, gazowych lub ciekłych.
cieczowe- wykorzystują zjawisko rozszerzalności objętościowej cieczy. Zwykle jest to rtęć lub alkohol. Takim termometrem jest typowy termometr zewnętrzny. Jest to rurka szklana a w jej wnętrzu znajduje się częściowo wypełniona rtęcią lub alkoholem rurka kapilarna. Pod wpływem temperatury ciecz w rurce podnosi się lub opada.
dylatacyjne- wykorzystują różnicę rozszerzalności cieplnej dwóch różnych materiałów stałych. Czujnikiem termometru dylatacyjnego jest pręt wykonany z inwaru (stop żelaza i niklu), materiału biernego, charakteryzującego się małym współczynnikiem liniowej rozszerzalności cieplnej. Pręt jest zamocowany na stałe jednym końcem w rurce miedzianej (materiał czynny o dużej rozszerzalności cieplnej). Przemieszczania wolnego końca pręta są odbierane przez układ pomiarowy. Używa się ich do mało dokładnych pomiarów przemysłowych.
bimetaliczne- składają się z dwóch taśm wykonanych z metali o różnych współczynnikach cieplnej rozszerzalności liniowej, połączonych przez zgrzewanie lub walcowanie na gorąco i wygiętych w kształcie łuku. Wewnętrzny pasek jest wykonany z miedzi, a zewnętrzny z inwaru. Przy wzroście temperatury taśma wygina się w kierunku metalu biernego. Czułość termometrów bimetalicznych, zależy od rodzaju użytych metali. Używa się do mało dokładnych pomiarów przemysłowych.
manometryczne (cieczowe, parowe, gazowe)- wykorzystują zmianę ciśnienia w zamkniętym układzie pomiarowym przy zmianach temperatury ośrodka otaczającego czujnik termometru. Taki termometr zbudowany jest z czujnika, kapilary i elementu sprężystego. Odkształcenie elementu sprężystego jest przekazywane za pośrednictwem dźwigni na wskazówkę przyrządu. Elementem sprężystym jest zazwyczaj wielozwojowa manometryczna urka Bourdona. W termometrach manometrycznych stosowane są: ciecze (np. rtęć), pary cieczy niskowrzących (np. eter, alkohol) i gazy (np. azot).
b. Termometry elektryczne:
Wykorzystują wpływ temperatury na właściwości elektryczne materiałów wykorzystywanych do budowy czujników.
rezystancyjne- zasada działania termometrów oporowych polega na zmianach oporności czynnego elementu czujnika pomiarowego, którym jest uzwojenie rezystancyjne nawinięte na odpowiednim wsporniku, pod wpływem zmian temperatury. Powstałe w ten sposób zmiany oporności czujnika są mierzone w następnych członach układu pomiarowego.
metalowe- wykonuje się najczęściej z platyny, niklu lub miedzi. Charakteryzują się prawie liniową charakterystyką i dużą stałością parametrów.
półprzewodnikowe- termometry elektryczne z czujnikiem półprzewodnikowym zawierającym: termistor (najczęściej stosowany), tranzystor lub diodę. Wykorzystuje się w nich zależność zmian oporności termistora, napięcia emitor-baza tranzystora lub napięcia w kierunku przewodzenia diody od zmian temperatury.
termoelektryczne- służą do pomiaru temperatury na podstawie zmian napięcia. Wykorzystują zjawisko termoelektryczne (zjawisko Seebeck'a), polegające na powstawaniu napięcia stałego w wyniku różnicy temperatur między spoinami różnych metali, stopów metali lub niemetali, stanowiących elementy tego samego obwodu elektrycznego.
c. Termometry specjalne:
termofarby- wykorzystują występowanie określonych barw odpowiadające określonej temperaturze w specjalnej farbie pokrywającej badane ciało. Temperaturę określa się przez porównanie barwy ze skalą.
termokredki- badane ciało pociera się kredką, która pod wpływem temperatury zmienia kolor. Temperaturę określa się przez porównanie barwy ze skalą. Stosowane do szybkiego określenia temperatury, działają już po 2 sekundach.