Kierunek: Technik BHP Semestr pierwszy	Policealna Szkoła Centrum Nauki i Biznesu „ŻAK” w Piasecznie		Data wpływu …………………………
Praca kontrolna z przedmiotu: Techniki wytwarzania z materiałoznawstwem	TYTUŁ PRACY Obróbka cieplno-chemiczna metali, jej rodzaje oraz zasady BHP Opisz wybrany rodzaj metalurgii metali nieżelaznych (miedź, aluminium, ołów) oraz zasady BHP w procesach metalurgicznych
Nauczyciel: I. Bąk
Wykonał: Agnieszka Łażewska-Gizak
Miejscowość: Piaseczno		Data wykonania: 15-12-2010
Data sprawdzenia:	Ocena:	Podpis Nauczyciela:
Recenzja:

OBRÓBKA CIEPLNO-CHEMICZNA METALI

Obróbka cieplno-chemiczna - obróbka, podczas której zmiany strukturalne materiału uzyskiwane są nie tylko za pomocą zabiegów cieplnych, ale również celowo spowodowanym działaniem chemicznym środka, w którym przedmiot się wygrzewa. Rodzaje obróbki cieplno - chemicznej: Nawęglanie - jest to dyfuzyjne nasycanie stali węglem. Poddaje się temu stale niskowęglowe o zawartości do ok. 0,2 %C, przez co zawartość węgla zwiększa się do ok. 1 %. Po zahartowaniu uzyskuje się wysoką twardość powierzchni i ciągliwy rdzeń. Nawęglanie przeprowadza się w temp. 930 °C zwykle ok. 10 godzin. Można je przeprowadzać w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych. Azotowanie - jest to nasycanie warstwy wierzchniej azotem, w wyniku czego uzyskuje się dużą twardość i odporność na zmęczenie. Przeprowadza się w temperaturze 550 °C. Do azotowania stosuje się atmosferę dysocjowanego amoniaku, w której występują aktywne atomy azotu. Jest to kosztowna obróbka, gdyż bardzo długotrwała (ok. 40 godzin) i dlatego stosowane jest w przypadku szczególnie odpowiedzialnych elementów. Siarkowanie - do siarkowania dyfuzyjnego może być stosowana metoda elektrolityczna. Temperatura kąpieli to ok. 220 °C, skład: rodanek potasowy 80%, sodowy 15%, reszta Na2S2O3, polaryzacja przemienna, gęstość prądu ok. 3 A/cm², czas obróbki to ok. 10 min. Dzięki tej obróbce uzyskujemy wzrost żywotności narzędzi do nawet 400%. Borowanie - nasycanie warstwy powierzchniowej stali borem. W wyniku borowania powstają związki boru z żelazem (borki) o wysokiej twardości (borek bogatszy w bor jest twardszy, ale i bardziej kruchy). Warstwy borowane cechują się bardzo dużą odpornością na ścieranie i są zwykle stosowane gdy smarowanie jest skąpe gdy nie może być stosowane w ogóle. Borowanie jest stosowane także do utwardzania narzędzi. Borowanie można przeprowadzać w ośrodkach stałych (proszkach), ciekłych lub gazowych. Węgloazotowanie - jednoczesne nasycanie stali węglem i azotem. Głównymi zaletami tej obróbki jest niższa temperatura i krótszy czas procesu. Może być przeprowadzane w ośrodkach gazowych lub ciekłych w wysokich lub niskich temperaturach. Wegloazotowanie gazowe może być procesem wysokotemperaturowych (750 - 900 °C) i wówczas jest zbliżone do nawęglania- lub niskotemperaturowych (500 °C - 600 °C), kiedy upodabnia się do azotowania. Atmosfera składa się z mieszaniny amoniaku i gazu nawęglającego. Po obróbce wysokotemperaturowej stosuje się hartowanie, natomiast niskotemperaturowe jest poprzedzane ulepszaniem cieplnym. Utlenianie - łączenie się materii tlenem, zwiększenie wartościowości pierwiastka wskutek oddawania elektronów. Aluminiowanie - jest to wprowadzenie aluminium do warstwy wierzchniej w celu zwiększenia odporności przedmiotu na wysokie temperatury i chemiczne działanie gazów. Chromowanie - nasycenie warstwy przypowierzchniowej wyrobów stalowych i żeliwnych chromem w celu podniesienia twardości, odporności na ścieranie, na kwasy i wysoką temperaturę. Cyjanowanie Podczas cyjanowania zachodzą jednocześnie dwa znane nam już procesy, a mianowicie - nawęglanie i azotowanie. W wyniku cyjanowania zewnętrzne warstwy stali wzbogacają się w węgiel i azot. Czynnikiem decydującym o tym, który z tych dwóch procesów będzie przebiegał intensywnie, jest temperatura. Cyjanowanie w temperaturze powyżej 800°C powoduje niemal wyłącznie nawęglanie stali. Obniżenie temperatury procesu do około 500°C całkowicie zatrzymuje proces nawęglania, a przyspiesza - azotowanie. Do cyjanowania nadają się w zasadzie wszystkie rodzaje stali, lecz najlepsze wyniki uzyskuje się w stali zawierającej chrom. Cyjanowanie może się odbywać w środowiskach: stałym, ciekłym i gazowym. Najczęściej stosuje się jednak cyjanowanie w kąpielach zawierających związki cyjanowe. Krzemowanie dyfuzyjne, obróbka cieplno-chemiczna polegająca na nasycaniu powierzchniowej warstwy przedmiotów stalowych krzemem poprzez wygrzewanie ich w temperaturze 950-1200°C w ośrodku stałym (zawierającym sproszkowany żelazokrzem) lub gazowym (zawierającym związki krzemu z chlorem). Nakrzemowywanie przeprowadza się w celu zwiększenia żaroodporności (odporności na utlenianie w wysokich temperaturach) oraz odporności na działanie kwasów. Bezpieczeństwo i higiena pracy podczas obróbki cieplnej. Na stanowiskach obróbki cieplnej istnieje wiele możliwości spowodowania nieszczęśliwych wypadków ze względu na specjalny charakter pracy. Do częstych wypadków należą poparzenia płomieniem, rozpryskującą się gorącą solą lub metalem, kontuzje spowodowane upadkiem ciężkich, często nagrzanych przedmiotów, poparzenia kwasami, skaleczenia twarzy lub rąk w czasie oczyszczania przedmiotów itp. Przyczyną poparzenia płomieniem jest najczęściej nieprawidłowe rozpalanie pieców, a także mogą nią być wady urządzenia. Przy paliwie płynnym na skutek nieprawidłowego uruchomienia palnika płomień może się wydostać z pieca na znaczną odległość. Poparzenia rozpryskującą się solą lub metalem mogą być spowodowane zanurzeniem w kąpieli wilgotnych przedmiotów. Poparzenie wskutek zetknięcia się z nagrzanym przedmiotem lub gorącą częścią urządzenia bywa zwykle wynikiem nieostrożności albo nieprawidłowego załadowywania lub rozładowywania pieca. Często również poparzenie może nastąpić w czasie rozładowywania gorących skrzynek po nawęglaniu. Wypadki w czasie obsługiwania pieców mogą być spowodowane ciasnotą pomieszczenia, złą organizacją miejsca pracy lub wadliwym działaniem urządzeń i przyrządów pomocniczych. W czasie transportu przedmiotów mogą się również zdarzyć nieszczęśliwe wypadki na skutek upadku przenoszonych przedmiotów, zaczepienia nimi o ustawione przypadkowo na drodze przedmioty itp. Przy oczyszczaniu przedmiotów przez piaskowanie mogą nastąpić uszkodzenia oczu odpryskującymi cząstkami piasku lub metalu. Zależnie od konstrukcji urządzeń, sposobu ich pracy oraz rozmieszczenia w budynkach mogą się zdarzyć nieszczęśliwe wypadki, wywołane wymienionymi już powodami. Dla uniknięcia tych wypadków należy przy organizowaniu zakładu przestrzegać ogólnych przepisów dotyczących higieny i bezpieczeństwa pracy. W zakres tych przepisów wchodzą nie tylko te, które dotyczą ochrony przed gwałtownym powstaniem uszkodzeń ciała, ale również i takie, które mają na celu zabezpieczenie pracowników przed długotrwałym szkodliwym wpływem warunków pracy, w wydziale. Wymienić tu przykładowo można złe oświetlenie, złe przewietrzanie, brak ochrony wzroku przed jaskrawymi źródłami światła itp. Jednym z ważniejszych wymagań higieny i bezpieczeństwa pracy jest przewietrzanie hal warsztatowych. W halach obróbki cieplnej powinna działać wentylacja naturalna z wykorzystaniem ciągu kominowego i wentylacja mechaniczna usuwająca zużyte powietrze, gazy, dymy, przy pomocy wentylatorów. Gazy i dymy znad pieców i wanien powinny być usuwane za pomocą okapów połączonych z systemem wentylacyjnym. System wentylacyjny składa się z rur o odpowiedniej średnicy oraz z urządzenia wyciągowego, tj. wentylatora, komina lub innego urządzenia wyciągowego. W celu zabezpieczenia pracowników obsługujących piec przed promieniowaniem ciepła ze ścianek pieców i okien stosuje się różnego rodzaju izolacje cieplne. Ścianki pieca po ich zewnętrznej stronie wykłada się np. pianobetonem, watą szklaną itp. Okna pieców w pewnych przypadkach ekranuje się ponadto za pomocą systemu rur, w których w czasie pracy pieca przepływa woda chłodząca. Ponadto w pewnych przypadkach należy stosować indywidualne osłony dla pracowników w postaci fartuchów lub rękawic, wykonanych z tkanin azbestowych lub skórzanych.

www.stalnierdzewna.com/index.php/informacje-o-stali-nierdzewnej/obrobka-stali-nierdzewnej/obrobka-cieplno-chemiczna

www.zscku.konin.pl/przedmiotyzawodowe/files/obrobka cieplno-chemiczna.pdf

http://portalwiedzy.onet.pl/68046,,,,obrobka_cieplno_chemiczna,haslo.html

METALURGIA METALI NIEŻELAZNYCH

Metalurgię metali nieżelaznych można podzielić na metalurgię:

1. Metalurgię metali nieżelaznych ciężkich; -miedź, kobalt, cynk, cyna ołów, molibden, bizmut, mangan, niob wanad wolfram.

2. Metalurgię metali nieżelaznych lekkich; -aluminium, magnez, tytan, beryl, lit, sód,

3. Metalurgię metali szlachetnych; -złoto, srebro, platyna, iryd, rod, ruten,

4. Metalurgię metali ziem rzadkich; -gal, ind, german, cez, lantan, telur, tor.

METALURGIA MEDZI

Miedź gęstość 8,93 g/cm³, temperatura topnienia 183°C, temperatura wrzenia 230°C. Rudy zawierające miedź to rudy siarczkowe i rudy tlenkowe zawierające do 4% czystej miedzi. Proces wytapiania miedzi:

1. wzbogacanie rud (usuwanie zanieczyszczeń),

• - grawitacyjne

• - mechaniczne

• Chemiczne

2. otrzymywanie surówki miedziowej (biały kamień) od 30-60% czystej miedzi,

3. otrzymywanie miedzi czarnej (konwertorowanie) 98% czystej miedzi,

4. oczyszczanie (rafinacja miedzi)

• - rafinacja ogniowa 99,8% czystej miedzi

• rafinacja elektrolityczna (miedź katodowa 100%)

5. Przetopienie miedzi w piecu próżniowym.

Wytapianie kamienia: proces ten przeprowadza się w piecach kamiennych otapianych gazem lub koksem. Wsadem jest ruda siarczkowa. Proces wytapiania kamienia miedziowego przeprowadza się w piecach kamiennych lub szybowych, w których głównym wsadem jest ruda pirytowa. Powstają siarczki różnych metali wchodzących w skład miedzi. W skład kamienia miedziowego wchodzą siarczki miedzi Cu2S, FeS, oraz wszystkie metale szlachetne. Zawartość czystej miedzi w tym kamieniu wynosi w praktyce od 30-35%. Kamień Cu miesza się z SiO2 i ładuje do przechylnych konwerterów do których doprowadza się świeże powietrze. Wyróżniamy dwa etapy:

1. etap od momentu włączenia dmuchu powietrza do całkowitego utlenienia siarczku żelaza FeS, który wypływa na powierzchnię ciekłego metalu tworząc żużel. 2FeS+3O2=2FeO+2SO2↑ 2FeO+SiO2→2FeO SiO2→żużel. Proces ten przebiega w temperaturze 1200°C i jest procesem egzotermicznym (wytwarza się ciepło), kończy się gdy FeS utleni się i w konwerterze powstanie Cu2S tworząc biały kamień.

2. w drugim etapie następuje utlenianie tlenem zawartym w powietrzu siarczku miedziowego Cu2S; 2Cu2S+3O2↔2Cu2O+2SO2; Cu2S+2Cu2O⇒6Cu+SO2↑ Konwertorowanie w pierwszym okresie przeprowadza się przez około 2 godziny. Produktem jest miedź czarna 98% Cu oraz żużel i gazy. Miedź czarną odlewa się do wlewnic i transportuje na wydział rafinacji, następnym etapem jest proces rafinacji miedzi. Miedź konwerterowa zawiera 2% zanieczyszczeń, tlenki metali, metale szlachetne, gazy itp.

3. Rafinacja ogniowa ma na celu usunięcie wszystkich zanieczyszczeń oprócz metali szlachetnych. Przeprowadza się w piecach płomiennych w temperaturze 1100oC. Miedź konwerterowa roztapia się w piecu wannowym o pojemności 400 ton. Po roztopieniu miedzi włącza się nadmuch gorącego powietrza i następuje utlenianie miedzi do tlenku miedziowego. 4Cu+O2=2Cu2O Proce zachodzi bardzo powoli. W dalszym etapie utworzony tlenek miedziowy reaguje z rozpuszczonymi w tej miedzi zanieczyszczeniami głównie z Cu2S. 2Cu2O+Cu2S→6Cu+SO2↑ - miedź rafinowana ogniowo dwutlenek miedzi reaguje również z innymi zanieczyszczeniami wchodzącymi w skład miedzi czarnej. Cu2O+Me→2Cu+MeO (Me - metal np.: Bi, Li, P, K, Sb, Sn). Po utlenieniu całej zawartości miedzi i ściągnięciu żużla w miedzi powstaje ok. 8% Cu2O które należy usunąć według reakcji. Cu2O+C→2Cu+CO - żerdziowanie (mieszanie gałęziami z drzewa liściowego) W wyniku rafinacji ogniowej miedź zawiera 99,9% czystej miedzi od 0,2-0,05 Cu2O. Miedź rafinowana ogniowo wlewa się do wlewnic gdzie uzyskuje się bloki w postaci prostopadłościanów.

4. Rafinacja elektrolityczna. Przeprowadza się w wannach elektrolitycznych wyłożonych blachami ołowianymi. W skład elektrolitu wchodzi sól kwasu siarkowego i kwas siarkowy. Temperatura procesu wynosi ok. 50-60oC, napięcie na zaciskach 0,3V, zużycie od 200-300 kWh na 1 tonę miedzi. Katodę wymienia się co 7 - 17 dni, anodę co 20-30. Prąd płynie od anody do katody. Najpierw następuje dysocjacja elektrolitu. CuSO4=Cu+++SO4- -. w drugim etapie następuje podążanie jonów Cu++ do katody gdzie następuje rozładowanie Cu+++2e→Cu. Na anodzie następuje zjawisko odwrotne Cu-2e→Cu++ - zjawisko rozpuszczania anody. W czasie procesu rozpuszczania bloku anodowego następuje przejście zanieczyszczeń do elektrolitu. Zanieczyszczenia osadzają się na dnie tworząc szron poelektrolityczny. Katody podlegają powtórnemu przetopieniu w próżni lub w atmosferze gazów obojętnych i odlewa się odlewy i wlewki z których wytwarza się blachy, druty, przewody, pręty profilowe i nie profilowe.

http://www.scribd.com/doc/23510220/Techniki-wytwarzania-sciaga

www.chomikuj.pl/azazel7777/Dokumenty/Materia*c5*82oznawstwo/METALURGIA+METALI+NIE*c5*bbELAZNYCH,112033459.pdf

---