Какво е желязо: съставът и съдържанието на въглерода в сплавта

Химически състав от чугун

Чугунът е сплав от желязо и въглерод, в който процентът въглерод е не по-малко от 2,14%, но не повече от 4,5%. Въглеродът е част от чугун във формата на цементий или графит. Ако процентът на въглеродното съдържание е по-малко от 2,14%, такава сплав се нарича стомана.

Известно е, че чугунната сплав е произведена за пръв път в Китай през VI век. В Европа тайната на произвеждането му дойде през XIV век, а в Русия неговият състав е усъвършенстван само през XVII. За толкова дълго време, формулата от чугун не се е променила.

Най-висококачественият материал е произведен в леярна на братята Демидов, намиращи се в Урал.

След изминалите векове не само не е загубила значението си, но е придобила още по-широк спектър от приложения.

Разновидности на материала

Има такива видове чугун като лимит и изливане. Първият се използва при производството на стомана по протежение на пътя на кислорода. Силиций и манган в такава сплав се съдържат в много малки количества. Типът леене на материала е по-широко използван в промишлеността и производството. Тя от своя страна е разделена на следните типове:

• Бял чугун - в него въглеродът е железен карбид. В същото време белият прилив е видим по негова вина, откъде идва името му. В чиста форма не се използва. Използва се в производството на ковък чугун.
• Сив чугун се характеризира със сребрист прилив на фрактурата. Той има широк обхват на приложение и е перфектно обработен с помощта на резци.
• Висококачествената сплав се използва за подобряване на якостните характеристики на произвеждания материал. Той се получава от сив чугун чрез добавяне към масата му на примес от магнезий.
• От чугун чугун също е един от сортовете сив чугун. Неговото име показва, че има увеличена пластичност и се получава от бял чугун чрез отгряване.
• Половината - има специални свойства. Част от въглерода в неговия състав е под формата на графит, а останалата част - под формата на цементий.

Характеристики на сплавта

Основната характеристика на чугун е скрита в процеса на нейното производство. Факт е, че при различните видове на тази сплав точката на топене достига 1200 ° С, докато в стоманата е 1500 ° С. Този фактор се влияе от твърде високо съдържание на въглерод. Атомите на желязото и въглерода не са много близки помежду си.

Когато топенето се случи, въглеродните атоми не могат да проникнат напълно в молекулярната решетка на желязото, поради което чугунната сплав става крехка. В тази връзка той не се използва при производството на части, които постоянно ще бъдат подложени на стрес.

Този материал се отнася до клона на черната металургия и в неговите характеристики е подобен на стоманата. Продуктите, изработени от чугун и стомана, се използват широко в ежедневието и това е напълно оправдано.

Ако сравним характеристиките на тези метали, можем да направим следните изводи:

1. Цената на стоманените продукти е по-висока от цената на чугун.
2. Разлики в цвета: чугунът е тъмен и матиран, а стоманата е лека и блестяща.
3. Стоманата е по-малко податлива на леене, но за разлика от чугуна, тя се улеснява при изпичането и заваряването.
4. Стоманата има по-голяма якост от чугун.
5. Стоманата е по-тежка.
6. В него въглеродното съдържание е по-ниско, отколкото в чугуна.

Предимства и недостатъци

Този материал, както всеки друг, има своите силни и слаби страни.

Предимствата на чугун включват такива фактори:

• Понякога дори се сравнява по отношение на характеристиките със стоманата, защото някои видове се отличават с повишената си сила.
• Дълго време поддържа температурата: при нагряване топлината се разпределя равномерно върху нея и остава непроменена за дълго време.
• Това е екологично чист материал, поради това, което често се използва при производството на ястия, които директно подготвят храната.
• Не реагира на киселинно-основна среда.
• Това е материал, който е издръжлив.
• Колкото по-дълго продуктът се използва от този материал, толкова по-добро става качеството му.
• Този материал е абсолютно безвреден за човешкото тяло.

Сред недостатъците са следните фактори:

• Тя може да стане ръждясала, дори ако в нея се намира вода за кратко време.
• Това е много скъп материал, но въпреки това той напълно се оправдава. Качеството, практичността и надеждността са основните характеристики на продуктите, изработени от тази сплав.
• Сив чугун се характеризира с малка пластичност.
• Бялото е много крехко и по-често се превръща в претопяване.

Характеристики и свойства на чугун

Тази метална сплав има следните свойства:

1. Физични свойства: специфично тегло, действително свиване, коефициент на линейно разширение. Например въглеродното съдържание в чугуна пряко влияе върху специфичното му тегло.
2. Термични свойства. Термопроводимостта обикновено се изчислява от правилото за пристрастие. За твърдо състояние на метал обемът на специфичната топлина е 1 об / см3 ° С. Ако металът е в течно състояние, той е приблизително равен на 1,5 cal / cm3 * oC.
3. Механични свойства. Трябва да се отбележи, че както самата основа, така и формата и размерите на графита оказват влияние върху тези свойства. Сив чугун с перлитовата основа е най-издръжлив и с феритна - най-гъвкавата. Пластинската форма на графита се характеризира с максимално намаляване на якостта, докато в сферичната форма това намаление е минимално.
4. Хидродинамични свойства. Наличието на манган и сяра влияе върху вискозитета на материала. Също така има свойството да се увеличава, когато температурата на сплавта преминава през точката на началото на втвърдяване.
5. Технологични свойства. Този метал се характеризира с отлични качества на леене, както и устойчивост на износване и вибрации.
6. Химични свойства. Тъй като потенциалът на електрода намалява, структурните съставки на сплавта се подреждат в следния ред: цеменцифосфиден еутектичен-ферит.

Свойствата на сплавта също са засегнати от специални примеси:

• Добавянето на сяра значително намалява потока и намалява рефрактерността.
• Фосфорът прави възможно производството на продукти в различни форми, но в същото време намалява силата му.
• Добавянето на силиций намалява точката на топене на материала и съществено подобрява отличителните свойства. Съдържанието на силиций в различен процент позволява получаването на сплави от различни цветове: от феритни до чисто бели.
• Наличието на манган в сплавта значително увеличава твърдостта и здравината на материала, но в същото време неговите леярски и технологични качества се влошават.
• В допълнение към тези примеси, в състава на сплавта могат да бъдат включени и други компоненти. В този случай, материалите се наричат ​​легирани. Най-често титан, алуминий, хром, мед и никел се смесват с желязо.

Състав и структура на метала

Чугунът като структурен материал се представя от метална кухина с графитни вмествания. Основните компоненти са: перлит, ледебурит и пластмасов графит. Интересно е, че при различните типове сплави тези елементи се намират в неравномерни размери или могат да бъдат напълно отсъстващи.

В структурата си чугунната сплав е разделена на следните сортове:

• Перлит.
• Ферит.
• Ферит-перлит.

В този случай графитът може да присъства в него в една от следните форми:

1. Сферична: Графитът се придава тази форма при добавяне на магнезиева добавка. Обикновено това е характерно за продуктите от чугун с висока якост.
2. Пластмаса: графитът прилича на формата на венчелистчетата (в тази форма се среща в обикновения чугун). Такъв материал се характеризира с повишена пластичност.
3. Flaky: тази форма се получава по време на отгряване на бял чугун. Графит във флокулентната форма се намира в състава на ковък чугун.
4. Вермикулар: графитът в тази форма е наличен в сив чугун. Той е разработен специално, за да подобри неговите пластични свойства.

Производствени технологии

Както е известно, чугунът се произвежда в специални доменни пещи. Основната суровина за нейното производство е желязна руда. Технологичният процес на производство се състои в възстановяването на окиси от желязна руда и получаването в резултат на това на друг материал - чугун. За производството му се използват горива като кокс, термонтрацит и природен газ.

За да се произведе един тон чугун, се изискват около 550 килограма кокс и около тон вода. Количеството руда, заредено в пещта, зависи от съдържанието на желязо в нея. Като правило, използвайте руда, която съдържа желязо най-малко 70%. Въпросът е, че е икономически нецелесъобразно да се използва по-малка концентрация от него.

Първият етап Производството на чугун е топенето му. В доменната пещ се излива руда, а след това - коксуващи се въглища, които са необходими, за да се изпомпва и поддържа необходимата температура вътре във ваната на пещта. Тези компоненти по време на изгарянето вземат активно участие в протичащите химични реакции като редуктори на желязото.

Междувременно, потокът се потапя в пещта, който действа като катализатор. Ускоряване на топенето на скали, като по този начин подпомага ранното освобождаване на желязо. Важно е да знаете, че преди зареждането в пещта, рудата преминава необходимата предварителна обработка. Тя се раздробява в трошачка, защото по-малки частици се разтопяват по-бързо. След това се измива, за да се отстранят частиците, които не съдържат метал. Освен това суровината претърпява калциниране, в резултат на което се извличат от нея сяра и други чужди компоненти.

На втория етап от производството, природен газ се доставя през специална горелка до напълнена и готова за използване пещ. Коксът участва в отоплението на суровините. Има отделяне на въглерод, който, когато се комбинира с кислород, образува оксид. Това от своя страна помага да се възстанови желязото от рудата.

Тъй като обемът на газа в пещта се увеличава, скоростта на химичната реакция се намалява. Тя също може напълно да спре, когато се достигне определено съотношение газ. Въглеродът прониква в сплавта и се комбинира с желязо, докато се формира чугун. Нелепните елементи остават на повърхността и скоро се отстраняват. Такива отпадъци се наричат ​​шлака. Използва се за производство на други материали.

Обхват на използване

Този метал се използва в различни отрасли. Например, той се използва широко в инженеринга за производството на различни части.

Най-често този материал се използва при производството на блокове за двигатели и колянови валове. За производството на последната е необходима подобрена сплав с добавяне на специални добавки от графит. Този метал е устойчив на триене, поради което произвежда висококачествени спирачни накладки.

При тежки климатични условия чугунната сплав е незаменима, тъй като позволява части от машините, изработени от нея, да работят гладко дори при най-ниските температури.

В металургичната индустрия той също се оказа отличен. Неговите отлични отливки и относително ниска цена са високо оценени. Продуктите, изработени от него, са много здрави и издръжливи.

От чугунната сплав има много водопроводни продукти. Това са батерии, мивки, различни шайби и тръби. Широко използвани чугунени вани и радиатори. Техният експлоатационен живот е много дълъг. Много апартаменти все още използват тези продукти, защото запазват оригиналния си вид дълго време и рядко се нуждаят от възстановяване.

Също така важен е фактът, че отличните леярските свойства на чугун позволява да произведе от него цялото произведение на изкуството: като деликатни от ковано желязо врати и различни исторически паметници.

Трябва да се отбележи, че цената на един килограм чугун се дължи на количеството наличен въглерод в състава му, както и на наличието на различни примеси и съставки на сплав. Цената на един тон чугун е около 8000 рубли.

Към днешна дата няма сфера, където се използва този метал. Неговата леене и сплави са в основата на много възли, механизми и детайли. Понякога се използва като самостоятелен продукт, като се справя добре с възложените му функции. Съдържащото желязо съединение е уникално по рода си. Той остава незаменим за този ден.