Получить изделие (обработка резанием, сварка, пайка, нанесение покрытия, термическая обработка и т.д.)
Задание: описать технологию изготовления нагревательного элемента для печей сопротивления от руды до изделия. 1. Подобрать материал для изготовления изделия. Обосновать выбор. Описать технологию получения выбранного материала (от руды до сплава). 2. Выбрать способ получения заготовки (обработка давлением или литье). Описать выбранную технологию (оборудование, последовательность операций). 3. Получить изделие (обработка резанием, сварка, пайка, нанесение покрытия, термическая обработка и т.д.).
Подобрать материал для изготовления изделия. Обосновать выбор. Описать технологию получения выбранного материала (от руды до сплава)
Выбор и обоснование выбранного материала
Основное требование, которое предъявляют к нагревательным элементам, – высокая температура плавления (она будет определять максимальную рабочую температуру печи). Предположим, что нагревательный элемент будет использоваться в печи с рабочей температурой 2000 °С. В качестве материала для его изготовления можно использовать металлы или сплавы на их основе, с температурой плавления выше рабочей температуры печи, например, молибден, вольфрам, тантал, ниобий, осмий, рений (таблица 1) [1].
Таблица 1 – Свойства и цена металлов.
| Металл | Температура плавления, °С | Стоимость, дол./тонну |
| Молибден | 2623 [2] | 32500 [4] |
| Вольфрам | 3422 [2] | 55000 [5] |
| Тантал | 3017 [3] | 530000 [6] |
| Ниобий | 2477 [3] | 60000 [7] |
| Осмий | 3033 [3] | 60000 за 1 г [8] |
| Рений | 3186 [3] | 10000000 [9] |
|
|
|
Кроме высокой температуры плавления от нагревательных элементов требуется так же высокое электросопротивление. Все эти материалы полупроводники, т.е. имеют высокое электрососпротивление, что позволит им нагреваться и излучать тепло [3].
Нагревательные элементы должны иметь высокую жаропрочность, чтобы исключить их провисание в нагретом состоянии под собственным весом. Обладая высокой температурой плавления, все выбранные материалы обладают высокой жаропрочностью [1].
Немаловажным критерием является цена металла (таблица 1). Наиболее подходящим по этому критерию материалом является молибден.
Технология получения молибдена
Рудой для получения молибдена является молибденит. Поскольку молибдена в ней менее 0,001 % – обязательно проводим обогащение. Способ обогащения – флотация.
Полученный в результате обогащения концентрат (MoS2) прокаливаем при 800 °С в цилиндрической печи с подачей сжатого воздуха для удаления серы и получения оксида молибдена (МоО3). Увеличиваем температуру печи до 1000 °С, чтобы испарить МоО3. Полученные пары МоО3 конденсируем в тигле.
|
|
|
Чистота сублимированного порошка МоО3 – 99,98 %, поэтому дополнительно рафинировать его не требуется.
Порошок МоО3 загружаем в трубчатую печь прокаливания. Греем его при температуре 600 °С в среде водорода до получения МоО2. Повышаем температуру печи до 850 °С и греем порошок до получения Мо [2, 10-12].
Выбрать способ получения заготовки (обработка давлением или литье). Описать выбранную технологию (оборудование, последовательность операций)
Выбор способа
Из-за высокой температуры плавления, а так же сложной формы детали (пружина из проволоки диаметром 2,5 мм) (рис. 1) получать детали из молибдена литьем не рационально [13, 14]. Заготовкой для нагревательного элемента является проволока, которую в нашем случае получают порошковой металлургией [11, 15], ковкой и волочением [13, 14].
Рис. 1 – Нагревательный элемент [16].
Описание выбранной технологии
Просеиваем полученный порошок молибдена в плотно закрывающейся таре для получения определенного размера порошинок.
Заполняем пресс-форму из твердого сплава порошком и прессуем на гидравлическом прессе. Извлекаем полученную прессовку (молибденовый штабик размерами 10х10х320 мм) из пресс-формы. Таким же образом изготавливаем еще 4 штабика.
|
|
|
Для увеличения прочности штабиков проводим их предварительное спекание при температуре 100 °С в течение 30 мин. в среде водорода. Охлаждаем до комнатной температуры.
Свариваем 5 штабиков между собой прямым пропусканием тока в течение 30 мин. постепенно повышая температуру от 920 °С (режимы I = 400 А, U = 2,3 В) до 2100 °С (режимы I = 1840 А, U = 5,4 В). Охлаждаем полученную прямоугольную заготовку [2].
Сечение спирали – круг. Получить круг из квадрата можно ковкой. Ковка проводится в горячем состоянии [13, 14]. Нагреваем заготовку (сваренные прямоугольные штабики) в методической печи в атмосфере водорода до температуры 1350 °С. Ковать заготовку в ротационной машине до диаметра 3 мм [2].
Проволоку диаметром 2,5 мм будем получать волочением [13, 14]. Перед волочением отжигаем круг диаметром 3 мм в методической печи при температуре 2000 °С в среде водорода. Обычно волочение проводят в холодном состоянии, но хрупкие тугоплавкие материалы волочат нагретыми во избежание разрыва, поэтому нагреваем круг диаметром 3 мм в проходной печи до температуры 900 °С в среде водорода. Проводим однократное волочение круга через твердосплавную фильеру на барабанном стане до диаметра 2,5 мм. Очищаем проволоку электролитическим травлением [2].
|
|
|
Получить изделие (обработка резанием, сварка, пайка, нанесение покрытия, термическая обработка и т.д.)
Наматываем полученную проволоку диаметром 2,5 мм на стальную трубу (керн) диаметром 100 мм. Пропускаем через проволоку ток, нагревая ее до 500 °С. После охлаждения удаляем стальной керн, вытравливая его в соляной кислоте (НCl) [2].
Укладываем спираль в пазы керамического муфеля. Прикрепляем ее молибденовыми прутками к керамическому покрытию таким образом, чтобы мест соприкосновения было не более 5 [2].
Список литературы
1. Гуляев А.П. Металловедение. 6-е изд. Перераб. и доп. – М.: «Металлургия», 1986. – 542 с.
2. Агте К., Вацек И. Вольфрам и молибден. Перевод с чешского. – Издательство «Энергия», 1964. – 456 с.
3. Росин И.В., Томина Л.Д. Общая и неорганическая химия. Современный курс: учеб. пособие для бакалавров и специалистов. – М.: Издательство Юрайт, 2012. – 1338 с.
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%B4%D0%B5%D0%BD
5. "Цены на вольфрам"
6. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BB_(%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82)
7. http://www.cmmarket.ru/markets/nbworld.htm
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%81%D0%BC%D0%B8%D0%B9
9. http://www.infogeo.ru/metalls/price/?act=show&okp=176630
10. Перельман Ф.М., Зворыкин А.Я. Молибден и вольфрам. – Издательство Наука, 1968. – 141 с.
11. Зеликман А.Н. Молибден. – Изд-во «Металлургия», 1970. – 440 с.
12. Натансон А.К. Молибден. Перевод с англ. – М.: Издательство иностранной литературы, 1959. – 304 с.
13. Фетисов Г.П., Карпман М.К., Матюнин В.М. и др. Материаловедение и технология металлов: учеб. для вузов по машиностроительным специальностям. 2-е изд., испр. – М.: Высш. Шк. 2002. – 637 с.
14. Дальский А.М., Барсукова Т.М., Бухаркин Л.Н. и др. Технология конструкционных материалов: учеб. для машиностроит. Вузов: Под ред. А.М. Дальского, 5-изд., испр.- М.: Машиностроение, 2003.- 511 с.
15. Герман Р. Порошковая металлургия от А до Я. Пер. с англ.: Учебно-справочное руководство. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2009. – 336 с.
16. www.actan.ru
Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 268; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!