Co to jest stop metali. Stopy metali

Po stopieniu metale zwykle mieszają się, tworząc stopy.

Nawet w starożytności ludzie zauważyli, że w większości przypadków stopy mają inne, często bardziej przydatne dla człowieka właściwości niż wchodzące w ich skład czyste metale. Jak już wiesz, na przykład brąz ma większą wytrzymałość niż miedź i cyna, które są jego składnikami. Stal i żeliwo są mocniejsze niż komercyjne czyste żelazo. Dlatego metale rzadko są używane w czystej postaci. Ich stopy są używane znacznie częściej. Znanych jest nieco ponad 80 metali, ale uzyskano z nich dziesiątki tysięcy różnych stopów.

Oprócz większej wytrzymałości wiele stopów ma wyższą odporność na korozję i twardość, lepsze właściwości odlewnicze niż czyste metale. Czysta miedź jest więc bardzo trudna do odlewania, trudno z niej uzyskać odlewy, a jednocześnie brąz cynowy - stop miedzi i cyny - ma doskonałe właściwości odlewnicze: służy do odlewania wyrobów artystycznych wymagających dopracowania detali. Żeliwo, stop żelaza z węglem, jest również doskonałym materiałem odlewniczym. Czyste aluminium to bardzo miękki metal, stosunkowo kruchy na rozdarcie. Ale stop aluminium, magnezu, manganu, miedzi i niklu zwany duraluminium jest czterokrotnie mocniejszy niż aluminium.

Oprócz wyższych właściwości mechanicznych stopy mają właściwości, które nie występują w czystych metalach. Przykładami są stal nierdzewna na bazie żelaza - materiał o wysokiej odporności na korozję nawet w środowiskach agresywnych io dużej odporności na ciepło, materiały magnetyczne, stopy o dużej oporności elektrycznej, o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej.

Składnikami stopów mogą być zarówno niemetale, jak i ich związki.

W zależności od stanu komponentów, stopy mogą być jednorodne, gdy podczas tworzenia stopu powstaje roztwór jednego metalu w innym, na przykład stopy miedzi i cyny, złota i srebra oraz niejednorodne, na przykład żeliwo, które jest mechaniczną mieszaniną żelaza i węgla.

Stopy są klasyfikowane na różne sposoby, w zależności od tego, która cecha jest traktowana jako podstawa. Najczęściej stopy dzieli się według ich składu. Na przykład wyróżnia się miedź, aluminium, nikiel, tytan i inne stopy.

Istnieją grupy stopów, które noszą nazwy ogólne: brązy, mosiądz itp. Czasami w nazwie stopu odnotowuje się szczególnie cenne składniki: brązy berylowe, stal wolframową itp.

W metalurgii żelazo i wszystkie jego stopy są klasyfikowane do jednej grupy zwanej metalami żelaznymi, pozostałe metale i ich stopy mają techniczną nazwę metali nieżelaznych.

Zdecydowana większość stopów żelaza (lub żelaza) zawiera węgiel. Są podzielone na żeliwo i stal.

Żeliwo - stop na bazie żelaza zawierający od 2 do 4,5% węgla, a także mangan, krzem, fosfor i siarkę. Żeliwo jest znacznie twardsze niż żelazo, jest zwykle bardzo kruche, nie kute i rozpada się przy uderzeniu. Stop ten jest używany do produkcji różnych masywnych części przez odlewanie, tzw. Żeliwo, oraz do przeróbki na stal - surówkę.

W zależności od stanu węgla w stopie rozróżnia się żeliwo szare i białe (tabela 4).

Tabela 4
Rodzaje i właściwości żeliwa

	Kompozycja	Nieruchomości	Podanie
Żeliwo szare	Zawiera 1,7-4,3% C, 1,25-4,0% Si i do 1,5% Mn. Ze względu na wysoką zawartość krzemu rozpuszczalność węgla spada, dlatego węgiel jest w stanie wolnym w postaci grafitu	Stosunkowo miękki i skrawalny materiał. Wolny węgiel sprawia, że \u200b\u200bżeliwo jest miękkie	Produkcja odlewów (koła zębate, koła, rury itp.), Odlewy artystyczne
Żeliwo białe	Zawiera 1,7-4,3% C, więcej niż 4% Mn, ale bardzo mało krzemu. Węgiel występuje głównie w postaci cementytu - węglika żelaza Fe 3 C	Twardy i kruchy materiał. Te właściwości nadaje cementyt, który ma dużą twardość.	Recykling na stal

Stal - stop na bazie żelaza zawierający mniej niż 2% węgla. Według składu chemicznego stal dzieli się na dwa główne typy: węgiel i stop.

Stal węglowa jest stopem żelaza głównie z węglem, ale w przeciwieństwie do żeliwa zawartość węgla, a także manganu, krzemu, fosforu i siarki jest znacznie niższa. W zależności od ilości węgla stale dzieli się na miękkie (zawartość węgla nie przekracza 0,3%), średnio twarde (nieco więcej węgla niż miękkie) i twarde (węgiel może wynosić do 2%). Części maszyn, rury, śruby, gwoździe, spinacze biurowe itp. Są wykonane z miękkiej i średnio twardej stali, a różne narzędzia i naczynia wykonane są z twardej stali.

Stal stopowa jest również stopem żelaza z węglem, wprowadzono do niej jedynie specjalne dodatki stopowe: chrom, nikiel, wolfram, molibden, wanad itp.

Dodatki stopu nadają stopowi specjalne właściwości. Zatem stale chromowo-niklowe są bardzo plastyczne, mocne, żaroodporne, kwasoodporne i odporne na korozję (rdzewienie). Są wykorzystywane w budownictwie (na przykład okładzina kolumn stacji Mayakovskaya moskiewskiego metra jest wykonana ze stali chromowo-niklowej (ryc. 32)), a także do produkcji nierdzewnych artykułów gospodarstwa domowego (noże, widelce, łyżki), wszelkiego rodzaju przyrządy medyczne i inne.

Postać: 32.
Stacja metra „Majakowskaja”, okładzina kolumn wykonana jest ze stali chromowo-niklowej

Stale chromowo-molibdenowe i chromowo-wanadowe są bardzo twarde, mocne i żaroodporne. Stosowane są do produkcji rurociągów, sprężarek, silników i wielu innych części maszyn nowoczesnej technologii. Stale chromowo-wolframowe zachowują swoją wysoką twardość w bardzo wysokich temperaturach. Służą jako materiał konstrukcyjny do narzędzi szybkoobrotowych.

Właściwości niektórych stali stopowych i obszary ich zastosowań przedstawiono w tabeli 5.

Tablica 5
Właściwości niektórych stali stopowych i ich zastosowania

Element stopowy	Specjalne właściwości stali	Produkty, do produkcji których używana jest stal
	Twardość i odporność na korozję	Narzędzia, noże, dłuta
	Lepkość, wytrzymałość mechaniczna, odporność na korozję	Turbiny elektrowni i silników odrzutowych, przyrządy pomiarowe, części pracujące w wysokich temperaturach
Mangan	Twardość, wytrzymałość mechaniczna, odporność na wstrząsy i tarcie	Części kruszarek, szyny kolejowe, zęby łyżki koparki
	Odporność na ciepło, wytrzymałość mechaniczna w wysokich temperaturach, odporność na korozję	W lotnictwie, rakietach i przemyśle stoczniowym. Aparatura chemiczna
Wolfram	Twardość i odporność na ciepło, odporność na zużycie	Narzędzia szybkoobrotowe, piły, noże, matryce, żarniki do lamp elektrycznych
Molibden	Elastyczność, odporność na ciepło, odporność na korozję	Łopatki turbin do samolotów i samochodów odrzutowych, płyty pancerne, szkło laboratoryjne, elektroniczne części lamp
	Odporny na kwasy	Transformatory, urządzenia i przyrządy kwasoodporne
	Wysoka wytrzymałość, sprężystość i odporność na uderzenia	Części samochodów, traktorów i innych maszyn narażone na wstrząsy podczas pracy

Stal jest podstawą nowoczesnej budowy maszyn, przemysłu obronnego, rakietowego i innych gałęzi przemysłu.

Duże znaczenie dla rozwoju nowoczesnej metalurgii stali miały prace DK Chernova i PP Anosova.

Ze stopów nieżelaznych zwracamy uwagę na brąz, mosiądz, miedzionikiel, duraluminium.

Brąz to stop na bazie miedzi z dodatkiem (do 20%) cyny. Brąz jest dobrze odlewany, dlatego jest używany w budowie maszyn do produkcji łożysk, pierścieni tłokowych, zaworów, armatury, itp. Brąz jest również używany do odlewów artystycznych (rys. 33).

Mosiądz to stop miedzi zawierający od 10 do 50% cynku. Wykorzystywane są w budowie samochodów, do produkcji okuć meblowych.

Cupronickel to stop zawierający około 80% miedzi i 20% niklu, podobny wyglądem do srebra. Służy do wytwarzania stosunkowo niedrogich sztućców i przedmiotów artystycznych.

Duraluminium (duraluminium, duraluminium) to stop na bazie aluminium zawierający miedź, magnez, mangan i nikiel. Ma dobre właściwości mechaniczne, jest stosowany w lotnictwie i inżynierii mechanicznej (ryc. 34).

Postać: 34.
„Super Jett-100”

Nowe słowa i pojęcia

1. Stopy i ich klasyfikacja.
2. Metale żelazne: żeliwo i stal.
3. Metale nieżelazne: brąz, mosiądz, miedzionikiel, duraluminium.

Zadania do samodzielnej nauki

1. Jaki okres w historii ludzkości nazywa się epoką brązu? Czemu?
2. Oblicz ilość substancji miedzi i niklu, jaką potrzebujesz, aby wyprodukować 25 kg cupronickelu.
3. Co wspólnego mają te dwa wyrażenia: „stopowe składniki stali” i „uprzywilejowana pozycja w społeczeństwie”?
4. Obliczyć objętość wodoru (nu), który powstaje przez rozpuszczenie 100 g mosiądzu zawierającego 13% cynku w kwasie solnym.

Każdy słyszał słowo „stop”, a niektórzy uważają je za synonim terminu „metal”. Ale te koncepcje są różne. Metale to grupa charakterystycznych pierwiastków chemicznych, a stop jest produktem ich połączenia. W czystej postaci metale praktycznie nie są używane, ponadto trudno je uzyskać w czystej postaci. Natomiast stopy są wszechobecne.

Co to jest stop

Przyjrzyjmy się bliżej tej kwestii. Zatem stop jest połączeniem kilku metali lub jednego i różnych niemetalicznych dodatków. Takie związki są używane wszędzie. Stop to makroskopowy jednorodny system utworzony przez stopienie. Znane są od czasów starożytnych, kiedy ludzkość przy użyciu prymitywnych technologii nauczyła się wytwarzać żeliwo, brąz, a nieco później - stal.

Produkcja i zastosowanie tych materiałów wynika z faktu, że możliwe jest uzyskanie stopu o określonych właściwościach technologicznych, przy czym wiele cech (wytrzymałość, twardość, odporność na korozję itp.) Jest wyższych niż poszczególnych jego składników.

Główne rodzaje

Jak klasyfikowane są stopy? Odbywa się to zgodnie z rodzajem metalu, który jest podstawą połączenia, a mianowicie:

1. Czarny. Podstawą jest żelazo. Wszystkie rodzaje stali i żeliwa należą do stopów żelaza.
2. Kolorowy. Podstawa - jeden z najpowszechniejszych stopów nieżelaznych - na bazie miedzi i aluminium.
3. Stopy metali rzadkich. Na bazie wanadu, niobu, tantalu, wolframu. Stosowane są głównie w elektrotechnice.
4. Stopy metali radioaktywnych.

Do głównego składnika stopu dodawane są inne pierwiastki - metale i niemetale, które poprawiają jego właściwości technologiczne. Te dodatki nazywane są domieszkami. Również w stopach obecne są szkodliwe zanieczyszczenia - po przekroczeniu ich dopuszczalnej wartości wiele właściwości materiału maleje. Więc teraz wiesz, czym jest stop.

Stopy są również klasyfikowane jako podwójne, potrójne i inne - w zależności od liczby składników. Zgodnie z jednorodnością struktury - na jednorodne i niejednorodne. Dzięki charakterystycznym właściwościom - na niskotopliwe i ogniotrwałe, wysokowytrzymałe, żaroodporne, przeciwcierne, odporne na korozję oraz materiały o specjalnych właściwościach.

Właściwości mechaniczne

Właściwości mechaniczne stopów określają zachowanie materiału pod wpływem sił zewnętrznych. Aby poznać charakterystykę złącza, próbkę poddaje się różnym testom (rozciąganie, zarysowanie, obciążenie, wciskanie w nią metalowej kulki lub diamentowego stożka, badanie pod mikroskopem) w celu określenia jej wytrzymałości, elastyczności i plastyczności.

Fizyczny

Skład stopu determinuje jego właściwości fizyczne. Obejmują one ciężar właściwy, przewodność elektryczną, temperaturę topnienia, ciepło właściwe, współczynnik rozszerzalności objętościowej i liniowej. Również właściwości fizyczne obejmują właściwości magnetyczne stopów. Charakteryzują się resztkową indukcją i przenikalnością magnetyczną.

Chemiczny

Jakie są właściwości chemiczne stopu? Są to cechy, które decydują o tym, jak materiał reaguje na działanie różnych substancji aktywnych, w tym agresywnych. Chemiczny wpływ środowiska można zobaczyć wizualnie: żelazo jest „zjadane” przez rdzę, na brązie pojawia się zielona powłoka tlenków, a stal rozpuszcza się w kwasie siarkowym.

W metalurgii i inżynierii ciężkiej do walki z agresywnym wpływem środowiska zewnętrznego stosuje się wiele metod: opracowywane są nowe, bardziej odporne materiały na bazie miedzi, tytanu i niklu, stopy pokrywane są warstwami ochronnymi - lakierami, farbami, filmami tlenkowymi oraz poprawia się ich struktura. W wyniku negatywnych czynników środowiskowych przemysł cierpi corocznie na szkody sięgające milionów ton stali i żeliwa.

Techniczny

Możliwości produkcyjne - co to jest? Stop w przemyśle sam w sobie nie jest potrzebny; część jest z niego wykonana. W konsekwencji materiał zostanie podgrzany, pocięty, zdeformowany, poddany obróbce cieplnej i inne manipulacje. Wytwarzalność to zdolność stopu do poddawania go różnym metodom obróbki na gorąco i na zimno, na przykład topienia, łatwego rozprowadzania i wypełniania formy, odkształcania na gorąco lub na zimno (kucie, tłoczenie na gorąco i na zimno), spawania i obróbki skrawaniem za pomocą narzędzia do cięcia metalu.

Właściwości technologiczne można podzielić na:

1. Odlewnie. Charakteryzują się płynnością - możliwością wypełnienia formy do odlewania, skurczem (procentowy ubytek objętości po schłodzeniu, zestaleniu) oraz segregacją - złożonym procesem, w którym na różnych częściach odlewu powstaje nierównomierna struktura materiału.
2. zdolność stopu do odkształcania się pod obciążeniem udarowym i przyjęcia pożądanego kształtu bez utraty integralności. Niektóre metale mają dobrą ciągliwość tylko na gorąco, inne na zimno i na gorąco. Na przykład stal jest kuta na gorąco. Stopy aluminium i mosiądzu dobrze kształtują się w temperaturze pokojowej. Brąz słabo poddaje się deformacji uderzeniowej, a żeliwo nie jest ciągliwe i ulega zniszczeniu pod wpływem młotka (z wyjątkiem
3. Spawalność. W przypadku żeliwa dobra spawalność jest znacznie gorsza.

• "onclick \u003d" window.open (this.href, "win2 return false\u003e Print
• E-mail

Szczegóły Kategoria: Metal

Metale i stopy

W przemyśle metale są używane głównie w formie stopy: czarny (żeliwo, stal) i kolorowy (brąz, mosiądz, duraluminium itp.)

.
Stal i żeliwo - to jest stopy żelaza i węgla ... Ale stal ma nieco niższą zawartość węgla niż żeliwo.

W żeliwo zawiera od 2 do 4% węgla. W skład żeliwa wchodzą również krzem, mangan, fosfor i siarka. Żeliwo - kruchy twardy stop. Dlatego jest stosowany w produktach, które nie będą narażone na wstrząsy. Na przykład grzejniki, łóżka maszynowe i inne produkty są odlewane z żeliwa.

Stalpodobnie jak żeliwo zawiera zanieczyszczenia krzemu, fosforu, siarki i innych pierwiastków, ale w mniejszych ilościach.
Stal nie tylko trwały, ale także plastyczny metal. Dzięki temu dobrze się nadaje obróbka skrawaniem ke. Stal zdarza się miękki i solidny .

Twardsza stal służy do produkcji drutów, gwoździ, śrub, nitów i innych wyrobów.

Wykonany z bardzo twardej stali konstrukcje metalowe (stal konstrukcyjna) i narzędzia tnące (stal narzędziowa). Stal narzędziowa ma większą twardość i wytrzymałość niż stal konstrukcyjna.

Dodawanie elementów do stali np chrom, nikiel, wolfram, wanad , pozwala na uzyskanie stopów o specjalnych właściwościach fizycznych - kwasoodporny, nierdzewny, żaroodporny itp.

Żeliwo wytopione z rudy żelaza w wielkie piece... Rudu razem z koks (specjalnie obrobiony węgiel, który daje wysoką temperaturę podczas spalania) jest ładowany do wielkiego pieca od góry. Czyste gorące powietrze jest stale wdmuchiwane do wielkiego pieca od dołu, aby koks był lepiej spalany. Wewnątrz pieca powstaje wysoka temperatura, ruda topi się, a powstała surówka spływa na dno pieca. Stopiony metal wypływa z otworu wielkiego pieca do kadzi. Stal otrzymywana jest z mieszanki żeliwa ze złomem stalowym w piecach paleniskowych, konwertorach i piecach elektrycznych.

Z stopy nieżelazne Najszerzej stosowane brąz, mosiądz i duraluminium.

Brązowy - żółto czerwony stop na podstawie miedź z dodatkiem cyna, aluminium niya i inne elementy. Różni się wysoką wytrzymałością, odpornością na korozję. Brąz służy do odlewania wyrobów artystycznych, wykonywania armatury, rurociągów, części pracujących w warunkach tarcia i wysokiej wilgotności.

Mosiądz - stop miedzi z cynkiem , żółty kolor. Ma wysoką twardość, plastyczność i odporność na korozję. Produkowany jest w postaci blach, drutu, wyrobów walcowanych heksagonalnych i najczęściej stosowany jest do produkcji części pracujących w warunkach podwyższonej wilgotności.

Duraluminium - stop aluminium z miedzią, cynkiem, magnezem i inne metale, srebrzyste. Posiada wysokie właściwości antykorozyjne, jest dobrze przetworzony. Duraluminium jest szeroko stosowane w budowie samolotów, inżynierii mechanicznej i budownictwie, gdzie wymagane są lekkie i wytrzymałe konstrukcje.

Podstawowe właściwości metali

Wiesz to metale mają różne nieruchomości ... Jeden z nich miękki, lepki inni mocny, elastyczny nie lub kruchy ... Znajomość właściwości metali jest niezbędna do prawidłowego określenia materiału najbardziej odpowiedniego dla danego produktu.

Właściwości fizyczne.

Te właściwości obejmują: kolor, ciężar właściwy, przewodność cieplna, przewodność elektryczna, temperatura topnienia.

Kolor metal lub stop jest jednym ze znaków, które pozwalają ocenić jego właściwości.
Metale różnią się kolorem. Na przykład, stal - szarawy, cynk - niebieskawo-biały, miedź - różowawo czerwony.
Po podgrzaniu kolor powierzchni metalu można z grubsza określić, do jakiej temperatury jest podgrzewany, co jest szczególnie ważne w przypadku spawaczy. Jednak niektóre metale (aluminium) nie zmieniają koloru po podgrzaniu.

Powierzchnia utlenionego metalu ma inny kolor niż nieutleniony.

Środek ciężkości - waga jednego centymetra sześciennego substancji, wyrażona w gramach ... Na przykład stal węglowa ma ciężar właściwy 7,8 g / cm3. W budowie samochodów i samolotów ciężar części jest jedną z najważniejszych cech, ponieważ konstrukcje muszą być nie tylko mocne, ale także lekkie. Im wyższy ciężar właściwy metalu, tym cięższy (o równej objętości) jest produkt.

Przewodność cieplna - zdolność metalu do przewodzenia ciepła - mierzy się ilością ciepła, które przechodzi przez metalowy pręt o przekroju 1 cm2 w ciągu 1 minuty. Im wyższa przewodność cieplna, tym trudniej jest ogrzać krawędzie obrabianego przedmiotu do żądanej temperatury.

Temperatura topnienia - temperatura, w której metal przechodzi ze stanu stałego w ciekły ... Na przykład stal ma znacznie wyższą temperaturę topnienia niż cyna.

Czyste metale topią się w jednej stałej temperaturze, a stopy - w zakresie temperatur.

Właściwości mechaniczne.

Właściwości mechaniczne metali i stopów obejmują wytrzymałość, twardość, elastyczność, plastyczność, wytrzymałość.
Te właściwości są zwykle decydującymi wskaźnikami, na podstawie których można ocenić przydatność metalu do różnych warunków pracy.

siła - odporność metalu na zniszczenie pod obciążeniem .

Twardość - zdolność metalu do przeciwstawiania się przenikaniu innego, twardszego ciała w jego powierzchnię ... Jeśli uderzysz młotkiem w punktak w stalową płytkę, powstanie mały otwór. Jeśli zrobisz to samo z miedzianą płytką, otwór będzie większy. Oznacza to, że stal jest twardsza niż miedź.

Elastyczność - właściwość metalu w celu przywrócenia jego kształtu i rozmiaru po zakończeniu obciążenia ... Na przykład sprężyny i sprężyny powinny mieć wysoką elastyczność, dlatego są wykonane ze specjalnych stopów. Spróbuj jednocześnie rozciągnąć i zwolnić sprężyny z drutu stalowego i miedzianego. Zobaczysz, że pierwsza znowu się skurczy, a druga pozostanie w tej samej pozycji. Oznacza to, że stal jest bardziej sprężystym materiałem niż miedź.

Plastikowy - zdolność metalu do zmiany kształtu i rozmiaru pod działaniem obciążenia zewnętrznego oraz utrzymania nowego kształtu i rozmiaru po ustaniu działania sił ... Plastyczność jest przeciwieństwem elastyczności. Im większa plastyczność, tym łatwiej metal jest kuty, tłoczony, walcowany.

Lepkość - zdolność metalu do wytrzymywania szybko rosnących (uderzeniowych) obciążeń. Na przykład, jeśli uderzysz w żeliwną płytę, zawali się. Żeliwo to kruchy metal. Lepkość jest przeciwieństwem kruchości. Metale lepkie stosuje się w przypadkach, gdy części są poddawane obciążeniom udarowym podczas pracy (części samochodów, samochodów itp.).

Fakt, że właściwości metali zmieniają się podczas ich stapiania, stał się znany w starożytności. \\ (5 \\) tysięcy lat temu nasi przodkowie nauczyli się, jak wytwarzać brąz - stop cyny z miedzią. Brąz ma lepszą twardość niż oba metale zawarte w jego składzie.

Właściwości czystych metali z reguły nie spełniają niezbędnych wymagań, dlatego w prawie wszystkich dziedzinach działalności człowieka nie stosuje się czystych metali, ale ich stopy.

Stop to materiał powstający w wyniku krzepnięcia stopu dwóch lub więcej oddzielnych substancji.

Oprócz metali skład stopów może również zawierać niemetale, na przykład węgiel lub krzem.

Dodając w określonej ilości zanieczyszczenia z innych metali i niemetali, można otrzymać wiele tysięcy materiałów o szerokiej gamie właściwości, w tym takich, których nie posiada żaden z pierwiastków tworzących stop.

Stop w porównaniu z metalem macierzystym może być:

• mocniejszy i twardszy mechanicznie,
• o znacznie wyższej lub niższej temperaturze topnienia,
• bardziej odporny na korozję,
• bardziej odporny na wysokie temperatury,
• praktycznie nie zmienia swojego rozmiaru po podgrzaniu lub schłodzeniu itp.

Na przykład czyste żelazo jest stosunkowo miękkim metalem. Dodanie węgla do żelaza znacznie zwiększa jego twardość. Wyróżnia się je ilością węgla, a zatem twardością stal (zawartość węgla mniejsza niż \\\\ (2 \\\\)% masy), żeliwo (\\ (C \\) - więcej \\ (2 \\)%). Ale węgiel nie jest jedyną rzeczą, która zmienia właściwości stali. Chrom dodany do stali sprawia, że \u200b\u200bstal jest nierdzewna, wolfram sprawia, że \u200b\u200bstal jest znacznie twardsza, dodatek manganu sprawia, że \u200b\u200bstop jest odporny na ścieranie, a wanad - mocny.

Zastosowanie stopów jako materiałów konstrukcyjnych

Stopy używane do wykonywania różnych konstrukcji muszą być mocne i łatwe w obróbce.

W budownictwie i inżynierii mechanicznej najczęściej stosowany żelazo i stopy aluminium.

Stopy żelaza, takie jak stają sięwyróżniają się dużą wytrzymałością i twardością. Mogą być kute, prasowane, spawane.

Żeliwo używany do produkcji masywnych i bardzo wytrzymałych części. Na przykład wcześniej odlewane były kaloryfery i rury kanalizacyjne z żeliwa, nadal powstają kotły, balustrady i podpory mostów. Produkty żeliwne są wytwarzane przy użyciu odlewów.

Stopy aluminiumstosowany w konstrukcjach, wraz z wytrzymałością, powinien być lekki. Duraluminium, silumin - stopy aluminium niezastąpione w lotnictwie, transporcie i przemyśle stoczniowym.

Niektóre węzły samolotów używają stopy magnezu, bardzo lekki i odporny na ciepło.

Lekkie i żaroodporne są używane w rakietach stopy na bazie tytanu.

Aby poprawić odporność na uderzenia, korozję, odporność na zużycie, stopy są stopowane - wprowadzane są specjalne dodatki. Przyłączeniowy mangan sprawia, że \u200b\u200bstal jest odporna na uderzenia. Aby uzyskać stal nierdzewną, wprowadza się stop chrom.

Stopy narzędziowe

Stopy narzędziowe są przeznaczone do produkcji narzędzi skrawających, matryc i części mechanizmów precyzyjnych. Takie stopy muszą być odporne na zużycie i mocne, a po podgrzaniu ich wytrzymałość nie powinna znacznie spaść. Takie wymagania są spełnione np. stale nierdzewnektóre zostały poddane specjalnej obróbce (stwardnieniu).

Dodatek substancji poprawiających ich właściwości do stopów nazywa się stopowaniem.

Aby uzyskać wymagane właściwości, stale narzędziowe są zwykle stapiane z wolframem, wanadem lub chromem.

Zastosowanie stopów w przemyśle elektrycznym, elektronice i przy produkcji instrumentów

Stopy są niezastąpionym materiałem do produkcji szczególnie czułych i precyzyjnych przyrządów, różnego rodzaju czujników i przetworników energii.

Na przykład produkcja rdzeni transformatorów i części przekaźników jest stop niklu... Poszczególne części silników elektrycznych są wykonane z stopy kobaltu.

Stop niklowo-chromowy - nichrom, charakteryzuje się dużą wytrzymałością - służy do produkcji elementów grzejnych do piekarników i sprzętu AGD.

Z stopy miedzi W przemyśle elektrotechnicznym i przy produkcji instrumentów najczęściej stosuje się mosiądz i brąz.

Mosiądz są niezbędne w produkcji urządzeń, których częścią są zawory odcinające. Takie urządzenia są stosowane w sieciach gazowych i wodociągowych.

Brązowy przejdź do produkcji sprężyn i styków sprężynowych.

Zastosowanie stopów niskotopliwych

Główną wymaganą właściwością niskotopliwych stopów jest dana niska temperatura topnienia. Ta właściwość jest w szczególności wykorzystywana do lutowania mikroukładów. Ponadto stopy te muszą mieć określoną gęstość, wytrzymałość na rozciąganie, obojętność chemiczną i przewodność cieplną.

Stopy niskotopliwe są produkowane z bizmut, prowadzić, kadm, cyna i inne metale. Takie stopy są używane w czujnikach temperatury, termometrach, alarmach przeciwpożarowych, na przykład stop drewna... A także w odlewni do produkcji modeli z traconego wosku, do utrwalania kości i protetyki w medycynie.

Stop sód z potasem (temperatura topnienia \\ (- \\) \\ (12,5 \\) ° C) jest używana jako chłodziwo do chłodzenia reaktorów jądrowych.

Zastosowanie stopów w biżuterii

Stosowanie metali szlachetnych w czystej postaci w biżuterii nie zawsze jest uzasadnione i celowe ze względu na ich wysoki koszt, właściwości fizyczne i chemiczne.

Stopy z innymi metalami są używane, aby uczynić złotą biżuterię bardziej twardą i odporną na zużycie.

Najlepsze dodatki to srebro (obniża temperaturę topnienia) i miedź (zwiększa twardość). Czyste złoto jest używane bardzo rzadko, ponieważ jest zbyt miękkie, łatwo deformuje się i zarysowuje.

Ze stopów złota z \\ (10-30 \\)% innych metali szlachetnych (platyny lub palladu) wykonywane są urządzenia laboratoryjne, a ze stopu z \\ (25-30 \\)% srebra - biżuteria i styki elektryczne.

Biżuteria ze stopu złota	Pozłacane styki elektryczne

Stopy w art

Brąz cynowy ( stop miedzi z cyną) - jeden z pierwszych sztucznych stopów metali. Posiada większą w porównaniu z czystą miedzią twardość, wytrzymałość i łatwiejszą temperaturę topnienia. Brązy są z powodzeniem wykorzystywane do otrzymywania odlewów o złożonej konfiguracji, w tym odlewów artystycznych. Bell bronze to klasyczna marka brązu.

Jednym z nowych trendów w sztuce jest produkcja odlewów artystycznych z żeliwa. Produkty żeliwne są znacznie lepszej jakości niż produkty kute.

Żeliwo jest metalem o wiele bardziej kruchym i mniej plastycznym jak stal. Ale nawet z tak pozornie gruboziarnistego materiału można uzyskać prawdziwe dzieła sztuki odlewniczej odlewając np. Odlewane schody czy kraty okienne. Takie produkty podlegają jedynie korozji powierzchniowej i nie wymagają starannej konserwacji.

Wprowadzenie

Metale używane w technologii dzieli się zwykle na dwie główne grupy - żelazne i nieżelazne. Metale żelazne obejmują żelazo i jego stopy (żeliwo, stal, żelazostopy). Pozostałe metale i ich stopy są nieżelazne.

Z metali szczególne znaczenie ma żelazo i jego stopy, które nadal są głównym materiałem do budowy maszyn. W światowej produkcji metali ponad 90% przypada na żelazo i jego stopy. Wyjaśnia to cenne właściwości fizyczne i mechaniczne metali żelaznych, a także fakt, że rudy żelaza są szeroko rozpowszechnione, a produkcja żelaza i stali jest stosunkowo tania i prosta.

Obok metali żelaznych duże znaczenie w technologii mają metale nieżelazne. Wynika to z wielu ważnych właściwości fizycznych i chemicznych, których metale żelazne nie posiadają. Miedź, aluminium, magnez, nikiel, tytan, wolfram, a także beryl, german i inne metale nieżelazne są najczęściej stosowane w budowie samolotów, inżynierii radiowej, elektronice i innych gałęziach przemysłu.

Produkcja tworzyw sztucznych - tworzyw sztucznych - uległa szczególnemu rozwojowi w ciągu ostatnich 30 lat. W budowie maszyn i mechanizmów zamiast metali i stopów stosuje się tworzywa sztuczne i inne niemetaliczne materiały. Takie materiały pozwalają na zwiększenie żywotności części i zespołów maszyn i instalacji, zmniejszenie ciężaru konstrukcji, oszczędność rzadkich metali nieżelaznych i stopów oraz obniżenie kosztów i pracochłonności obróbki.

Racjonalny dobór materiałów i usprawnienie procesów technologicznych ich przetwarzania zapewniają niezawodność konstrukcji, obniżają koszty i zwiększają wydajność pracy. Nauka stosowana o budowie i właściwościach materiałów technicznych, której głównym zadaniem jest ustalenie związku między składem, strukturą i właściwościami, nazywa się materiałoznawstwem.

Nauka o materiałach to nauka o związkach struktury elektronowej, budowy materiałów z ich składem, właściwościami fizycznymi, chemicznymi, technologicznymi i eksploatacyjnymi.

Stworzenie naukowych podstaw metalologii słusznie należy do DK Chernova, który ustalił krytyczne temperatury przemian fazowych w stalach i ich związek z ilością węgla w stalach. Położyło to podwaliny pod najważniejszy wykres stanu stopów żelaza i węgla w metalurgii.

Wraz z odkryciem przemian alotropowych w stali, Chernov położył podwaliny pod obróbkę cieplną stali. Uwzględnienie punktów krytycznych w stali umożliwiło racjonalny dobór temperatury jej hartowania, odpuszczania i odkształcenia plastycznego w warunkach produkcyjnych.

W swoich pracach nad krystalizacją stali i strukturą wlewka Chernov nakreślił główne postanowienia teorii odlewania, które obecnie nie straciły swojego naukowego i praktycznego znaczenia.

Wielki rosyjski metalurg P.P. Anosov najpierw użył mikroskopu do zbadania struktury metali. Ma pierwszeństwo w tworzeniu stali stopowych. Opracował teorię i technologię wytwarzania ostrzy ze stali damasceńskiej. Z jego prac jasno wynikało, że tak zwany wzór adamaszku na powierzchni stali zależy bezpośrednio od jej struktury wewnętrznej.

Do tej pory główną bazą materiałową inżynierii mechanicznej jest metalurgia żelaza, która wytwarza stal i żeliwo. Materiały te mają wiele pozytywnych właściwości, a przede wszystkim zapewniają wysoką wytrzymałość konstrukcyjną części maszyn. Jednak te klasyczne materiały mają takie wady jak duża gęstość, niska odporność na korozję. Straty korozyjne stanowią 20% rocznej produkcji stali i żeliwa. Dlatego, zgodnie z badaniami naukowymi, za 20 ... 40 lat wszystkie kraje rozwinięte zostaną zreorganizowane w celu masowego stosowania stopów metali na bazie tytanu, magnezu, aluminium. Te lekkie i wytrzymałe stopy umożliwiają 2-3 krotne odciążenie maszyn i maszyn oraz 10-krotne zmniejszenie kosztów napraw.

Ważne jest, aby zlikwidować zaległości naszego kraju w stosowaniu nowych materiałów zamiast tradycyjnych (metal) - tworzyw sztucznych, ceramiki, materiałów z metalurgii proszków, zwłaszcza materiałów kompozytowych, co oszczędza metale rzadkie, obniża koszty energii do produkcji materiałów oraz zmniejsza wagę wyrobów.

Cele i zadania projektu:

Cel projektu:

Badanie rozszerzenia zakresu zastosowań stopów żelaza w inżynierii mechanicznej.

Cele projektu:

Zbadać cechy składu, struktury i właściwości stopów żelaza;

Rozważ główne obszary zastosowania tych stopów.

Historia żelaza

Żelazo było znane jako materiał instrumentalny od czasów starożytnych. Najstarsze produkty żelazne znalezione podczas wykopalisk archeologicznych pochodzą z IV tysiąclecia pne. mi. i należą do starożytnych cywilizacji sumeryjskich i starożytnych egipskich. Są one wykonane z żelaza meteorytowego, czyli stopu żelaza i niklu (zawartość tego ostatniego waha się od 5 do 30%), ozdoby z grobowców egipskich (ok. 3800 pne) oraz sztylet z sumeryjskiego miasta Ur (ok. 3100 pne). PNE). Najwyraźniej jedna z nazw żelaza w języku greckim i łacińskim pochodzi od niebiańskiego pochodzenia meteorytu: „sider” (co oznacza „gwiezdny”).

Żelazo jest pierwiastkiem ósmej grupy podgrupy drugorzędnej czwartego okresu okresowego układu pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa o liczbie atomowej 26. Oznaczone jest symbolem Fe (łac. Ferrum). Jeden z najbardziej rozpowszechnionych metali w skorupie ziemskiej (ustępuje tylko aluminium).

Prosta substancja żelazo jest ciągliwym, srebrzystobiałym metalem o wysokiej reaktywności chemicznej: żelazo szybko koroduje w wysokich temperaturach lub przy dużej wilgotności powietrza. W czystym tlenie żelazo spala się, aw stanie drobno rozproszonym zapala się samorzutnie w powietrzu.

Samo żelazo jest zwykle nazywane jego stopami o niskiej zawartości zanieczyszczeń (do 0,8%), które zachowują miękkość i plastyczność czystego metalu. Ale w praktyce częściej stosuje się stopy żelaza z węglem: stal (do 2,14% wag. Węgla) i żeliwo (ponad 2,14% wag. Węgla), a także stal nierdzewną (stopową) z metalami stopowymi (chrom, mangan, nikiel itp.). Zestaw specyficznych właściwości żelaza i jego stopów sprawia, że \u200b\u200bjest to „metal nr 1” mający znaczenie dla człowieka.

W naturze żelazo rzadko występuje w czystej postaci, najczęściej występuje w składzie meteorytów żelazowo-niklowych. Występowanie żelaza w skorupie ziemskiej wynosi 4,65% (4 miejsce po O, Si, Al). Uważa się również, że żelazo stanowi większość jądra ziemi.

Typowe stany utlenienia

Żelazo charakteryzuje się stopniami utlenienia - +2 i +3.

Stopień utlenienia +2 odpowiada czarnemu tlenkowi FeO i zielonemu wodorotlenkowi Fe (OH) 2. Są podstawowe. W solach Fe (+2) występuje jako kation. Fe (+2) jest słabym reduktorem.

Stopień utlenienia +3 odpowiada czerwono-brązowemu tlenkowi Fe 2 O 3 i brązowemu wodorotlenkowi Fe (OH) 3. Mają charakter amfoteryczny.

Otrzymywanie:

1. Czyste żelazo można otrzymać przez elektrolityczną redukcję soli żelaza.

FeCl 2 \u003d Fe 2+ + 2Cl -

2. Redukcja tlenków żelaza Fe 2 O 3 i Fe 3 O 4 z aluminotermią:

8Al + 3Fe 3 O 4 \u003d 9Fe + 4Al 2 O 3

3. Większość żelaza jest używana nie w czystej postaci, ale w postaci stopów z węglem (żeliwo i stal) oraz innymi pierwiastkami. Większość żelaza jest produkowana w wielkich piecach. Proces, który zachodzi w wielkim piecu przy produkcji stopów żelaza, polega na redukcji tlenków żelaza po podgrzaniu:

3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2Fe 3 O 4 + CO 2

Fe 3 O 4 + CO \u003d 3FeO + CO 2

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

FeO + C \u003d Fe + CO

Właściwości fizyczne:

Czyste żelazo to srebrzystobiały metal, który szybko matowieje (rdzewieje) w wilgotnym powietrzu lub wodzie zawierającej tlen. Żelazo jest plastyczne, łatwo kute i walcowane, temperatura topnienia 1539 ° C. Posiada silne właściwości magnetyczne (ferromagnetyk), dobrą przewodność cieplną i elektryczną.
Właściwości chemiczne:

Żelazo jest metalem aktywnym.

1. W powietrzu tworzy się ochronny film tlenkowy, który zapobiega rdzewieniu metalu:

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 2 O 3 FeO (ferryt żelazowy)

2. W wilgotnym powietrzu żelazo jest utleniane i pokrywane rdzą, która częściowo składa się z uwodnionego tlenku żelaza (III).

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3

3. Oddziałuje z chlorem, węglem i innymi niemetalami po podgrzaniu:

2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3

(4) Żelazo wypiera metale z roztworów soli, które znajdują się w elektrochemicznej serii napięć na prawo od żelaza:

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu

5. Rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie siarkowym i kwasie solnym z wydzieleniem wodoru:

Fe + 2 HCl \u003d FeCl 2 + H 2

Podanie:

Żelazo jest jednym z najczęściej używanych metali, stanowiącym do 95% światowej produkcji metalurgicznej.

1. Żelazo jest głównym składnikiem stali i żeliwa - najważniejszych materiałów konstrukcyjnych.

2. Żelazo może być częścią stopów na bazie innych metali - na przykład niklu.

3. Magnetyczny tlenek żelaza (magnetyt) jest ważnym materiałem do produkcji urządzeń pamięci długotrwałej: dysków twardych, dyskietek itp.

4. Ultradrobny proszek magnetytowy jest stosowany w wielu czarno-białych drukarkach laserowych zmieszanych z granulkami polimeru jako toner. Jednocześnie wykorzystuje czarny kolor magnetytu i jego zdolność do przywierania do namagnesowanego wałka transferowego.

5. Wyjątkowe właściwości ferromagnetyczne szeregu stopów na bazie żelaza przyczyniają się do ich szerokiego zastosowania w elektrotechnice do wytwarzania rdzeni magnetycznych transformatorów i silników elektrycznych.

6. Chlorek żelaza (III) (chlorek żelazowy) jest stosowany w amatorskiej praktyce radiowej do wytrawiania płytek drukowanych.

7. Heptahydrat siarczanu żelazawego (siarczanu żelazawego) zmieszanego z siarczanem miedzi stosuje się do zwalczania szkodliwych grzybów w ogrodnictwie i budownictwie.

8. Żelazo jest używane jako anoda w akumulatorach żelazowo-niklowych, akumulatorach żelazowo-powietrznych.

9. Wodne roztwory chlorków żelaza i żelaza (III) oraz jego siarczanów są stosowane jako koagulanty w procesach oczyszczania wód naturalnych i ścieków przy uzdatnianiu wody w zakładach przemysłowych.

Stopy.

Stop to makroskopowo jednorodny materiał metaliczny składający się z mieszaniny dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych z przewagą składników metalicznych.

Stopy składają się z bazy (jednego lub więcej metali), drobnych dodatków specjalnie wprowadzanych do stopu pierwiastków stopowych i modyfikujących oraz nieusuwalnych zanieczyszczeń (naturalnych, technologicznych i przypadkowych).

Stopy są jednym z głównych materiałów konstrukcyjnych. Wśród nich najważniejsze są stopy na bazie żelaza i aluminium. W technologii wykorzystuje się ponad 5 tysięcy stopów.

Rodzaje stopów.

Zgodnie z metodą wytwarzania stopów rozróżnia się stopy odlewnicze i proszkowe. Stopy odlewnicze uzyskuje się przez krystalizację ze stopu mieszanych składników. Proszek - poprzez prasowanie mieszanki proszków, a następnie spiekanie w wysokiej temperaturze. Składnikami stopu proszkowego mogą być nie tylko proszki prostych substancji, ale także proszki związków chemicznych. Na przykład głównymi składnikami węglika spiekanego są węgliki wolframu lub tytanu.

Metodą otrzymywania przedmiotu obrabianego (produktu) są odlewnie (na przykład żeliwa, siluminy), stopy odkształcalne (na przykład stal) i stopy proszkowe.

W stanie skupienia stałym stop może być jednorodny (jednorodny, jednofazowy - składa się z krystalitów tego samego rodzaju) i niejednorodny (niejednorodny, wielofazowy) Podstawą stopu jest roztwór stały (faza osnowy). Skład fazowy niejednorodnego stopu zależy od jego składu chemicznego. Stop może zawierać: międzywęzłowe roztwory stałe, substytucyjne roztwory stałe, związki chemiczne (w tym węgliki, azotki, związki międzymetaliczne) oraz krystality substancji prostych.

Stopy przemysłowe.

Stopy wyróżnia się ze względu na przeznaczenie: konstrukcyjne, narzędziowe i specjalne.

Stopy to materiały składające się z kilku pierwiastków chemicznych, z których przynajmniej jeden jest metalem.

W metalurgii żelazo i jego stopy nazywane są metalami żelaznymi.

Wszystkie stopy żelaza są podzielone na stale i żeliwa.

W czystej postaci żelazo jest zbyt miękkie, więc wprowadza się do niego węgiel, aby zwiększyć jego wytrzymałość. W zależności od zawartości, stopy żelaza dzieli się na stal i żeliwo. Jeśli stop zawiera więcej niż 2,14% węgla, wówczas taki stop nazywa się żeliwem, jeśli mniej niż 2,14%, to jest to stal. Stopy mają bardziej zróżnicowane właściwości niż metale, dlatego czyste metale są rzadko używane w przemyśle. W większości przypadków stopy są używane do produkcji części do różnych maszyn i urządzeń. Stopy to główne materiały konstrukcyjne. Ich właściwości to odporność na ciepło, odporność na korozję, wytrzymałość, twardość itp. określić powszechne zastosowanie stopów w technologii.

Stopy wykazują ogólne właściwości metali: metaliczny połysk, wysoką przewodność elektryczną i cieplną. Ale właściwości stopów różnią się od właściwości ich składników. Twardość stopów jest większa niż twardość metali wchodzących w ich skład. Gęstość stopu jest równa średniej gęstości metali w jego składzie. Temperatura topnienia stopu jest zwykle niższa niż temperatura topnienia składnika o najniższej temperaturze topnienia.

Żeliwo.

Żeliwo jest stopem żelaza z węglem zawierającym od 2,14 do 6,67% węgla.

Żeliwo jest tanim materiałem do budowy maszyn o dobrych właściwościach odlewniczych. Jest surowcem do produkcji stali. Surówkę uzyskuje się z rudy żelaza przy użyciu paliwa i topników.

Produkcja surówki to złożony proces chemiczny. Składa się z trzech etapów: redukcji żelaza z tlenków, przemiany żelaza w żeliwo oraz żużlowania.

Właściwości żeliwa zależą głównie od zawartości węgla i innych zanieczyszczeń w jego składzie, które nieuchronnie wchodzą w jego skład: krzemu (do 4,3%), manganu (do 2%), siarki (do 0,07%) i fosforu (do 1, 2%).

Węgiel jest jednym z głównych pierwiastków w żeliwie. W zależności od ilości i stanu węgla zawartego w stopie otrzymuje się określone rodzaje żeliwa. Węgiel łączy się z żelazem na dwa sposoby: w ciekłym żeliwie węgiel jest w stanie rozpuszczonym, aw stanie stałym jest związany chemicznie z żelazem lub w postaci zanieczyszczeń mechanicznych w postaci małych płyt grafitowych.

Krzem jest najważniejszym po węglu pierwiastkiem w żeliwie, zwiększa jego płynność, poprawia właściwości odlewnicze i sprawia, że \u200b\u200bżeliwo jest bardziej miękkie.

Mangan zwiększa wytrzymałość żeliwa.

Siarka w żeliwie jest szkodliwym zanieczyszczeniem, które powoduje czerwoną kruchość (pękanie w gorących odlewach). Pogarsza płynność żeliwa, powodując jego gęstość, przez co nie wypełnia dobrze formy.

Fosfor obniża właściwości mechaniczne żeliwa i powoduje kruchość na zimno (pękanie odlewów na zimno). W zależności od stanu, w jakim węgiel występuje w żeliwie, żeliwo dzieli się na białe (węgiel w połączeniu chemicznym z żelazem w postaci cementytu FeC) i szare (wolny węgiel w postaci grafitu).

Żeliwo białe jest bardzo twarde i kruche, trudne do odlewania i trudne w obróbce narzędziem tnącym. Zwykle jest topiony w stal lub do produkcji żeliwa sferoidalnego i dlatego jest nazywany przetopem.

Żeliwo szare jest najczęściej stosowane w inżynierii mechanicznej. Nie jest bardzo plastyczny i lepki, ale można go łatwo obrabiać przez cięcie, stosuje się go do nieistotnych części i części zużywających się. Żeliwo szare z dużą zawartością fosforu (0,3-1,2%) jest płynne i służy do odlewów artystycznych.

Żeliwo szare jest oznaczone literami i dwiema cyframi, na przykład SCh 120-280. Litery SCh oznaczają żeliwo szare, pierwsza liczba to wytrzymałość na rozciąganie (w MPa) podczas próby rozciągania, a druga liczba to wytrzymałość na rozciąganie (również w MPa) podczas próby zginania.

W zależności od składu chemicznego i przeznaczenia żeliwa dzieli się na żeliwa stopowe, specjalne lub żelazostopy, żeliwa ciągliwe i żeliwa o dużej wytrzymałości.

Żeliwo stopowe wraz z typowymi zanieczyszczeniami zawiera pierwiastki: chrom, nikiel, tytan itp. Pierwiastki te poprawiają twardość, wytrzymałość i odporność na ścieranie. Rozróżnij żeliwo chromowe, tytanowe, niklowe. Stosowane są do produkcji części maszyn o podwyższonych właściwościach mechanicznych, pracujących w roztworach wodnych, w środowiskach gazowych i innych korozyjnych.

Specjalne żeliwo lub żelazostop ma wysoką zawartość krzemu lub manganu. Obejmuje żelazomangan zawierający do 25% manganu oraz żelazokrzem zawierający 9-13% krzemu i 15-25% manganu. Te żeliwa służą do topienia stali w celu jej odtlenienia, tj. usunąć szkodliwe zanieczyszczenie ze stali - tlen.

Żeliwo ciągliwe uzyskuje się przez obróbkę cieplną z żeliwa białego. Swoją nazwę zawdzięcza zwiększonej plastyczności i twardości (chociaż nie jest poddawany obróbce ciśnieniowej). Żeliwo sferoidalne ma zwiększoną wytrzymałość na rozciąganie i wysoką odporność na uderzenia. Z żeliwa ciągliwego wykonywane są części o skomplikowanych kształtach: obudowy tylnych osi samochodów, klocki hamulcowe, trójniki, kolanka itp.

Żeliwo ciągliwe jest oznaczone dwiema literami i dwiema cyframi, na przykład KCH 370-12. Litery KCH oznaczają żeliwo ciągliwe, pierwsza liczba to wytrzymałość na rozciąganie (w MPa) przy zerwaniu, druga liczba to wydłużenie względne (w procentach), które charakteryzuje ciągliwość żeliwa.

Stal.

Stop żelaza z węglem, w którym węgiel zawiera nie więcej niż 2,14%, nazywany jest stalą.

Ze względu na skład chemiczny wyróżnia się stal węglową i stal stopową.

Stal węglowa oprócz węgla zawiera zanieczyszczenia krzemu, siarki i fosforu. Ta stal ma niskie właściwości elektryczne i niską wytrzymałość. Traci twardość i skrawalność już w 200 ° C.Dodatkowo koroduje w agresywnym środowisku.

Aby poprawić właściwości fizyczne i chemiczne stali, dodaje się do niej pierwiastki, które nazywane są stopami. A sama stal nazywa się stopową. W procesie stopowania do stali dodaje się wolfram, chrom, nikiel, molibden, wanad, a także dużą ilość manganu i krzemu. W ten sposób mangan zwiększa twardość i wytrzymałość stali. Miedź sprawia, że \u200b\u200bstal jest odporna na korozję. Nikiel i chrom zwiększają wytrzymałość. Stal stopowa nie ma wad stali węglowej.

Zgodnie z ilościową zawartością dodatków stal stopową dzieli się na trzy grupy: niskostopową, średniostopową i wysokostopową. Stal niskostopowa zawiera nie więcej niż 2,5% dodatków. Średnio stopowe - od 2,5 do 10%. A skład stali wysokostopowej zawiera ponad 10% dodatków. Stale wysokostopowe dzieli się na stale nierdzewne, żaroodporne i żaroodporne.

U zarania metalurgii stal pozyskiwano z rudy żelaza w kuźniach hutniczych. Okazało się jednak, że znacznie łatwiej i taniej jest uzyskać stal z żeliwa. Dlatego we współczesnej metalurgii surówkę przetapia się w piecach stalowniczych w celu wypalenia z niej nadmiaru wodoru. I zdobądź wysokiej jakości stal.

Stal to mocny i plastyczny materiał. Znajduje zastosowanie w konstrukcjach metalowych budynków, mostach, podporach linii elektroenergetycznych, rurociągach, zbiornikach, przy produkcji armatury, naczyń i różnego wyposażenia elektrycznego. Bez stali nie można sobie wyobrazić przemysłu stoczniowego, motoryzacyjnego, lotniczego i wielu innych gałęzi współczesnego przemysłu.

Wyróżnia się kilka stanów strukturalnych. Jeśli zawartość węgla mieści się w przedziale 0,025-0,8%, to stale te nazywane są podeutektoidami i mają w swojej strukturze perlit i ferryt. Jeśli stal jest hipereutektoidalna, można zaobserwować fazy perlitu i cementytu. Cechą struktury ferrytu jest jego wysoka ciągliwość. Cementyt ma znaczną twardość. Perlit powstaje w obu poprzednich fazach. Może mieć postać ziarnistą (wtrącenia cementytu znajdują się wzdłuż ziaren ferrytu, które mają kształt okrągły) i płytkowej (obie fazy mają postać płytek). Jeśli stal zostanie nagrzana powyżej temperatury, w której zachodzą modyfikacje polimorficzne, wówczas struktura zmienia się na austenityczną. Ta faza zwiększyła plastyczność. Jeżeli zawartość węgla przekracza 2,14%, wówczas takie materiały i stopy nazywane są żeliwami.

Rodzaje stali.

W zależności od składu stal może być węglowa i stopowa. Zawartość węgla poniżej 0,25% charakteryzuje stal niskowęglową. Jeśli jego ilość osiągnie 0,55%, możemy mówić o stopie średniowęglowym. Stal, która zawiera więcej niż 0,6% węgla w swoim składzie, nazywana jest stalą wysokowęglową. Jeśli w sposobie wykonania stopu technologia polega na wprowadzeniu określonych pierwiastków chemicznych, to stal ta nazywana jest stopową. Wprowadzenie różnych składników znacząco zmienia jego właściwości. Jeśli ich liczba nie przekracza 4%, stop jest niskostopowy. Stale średniostopowe i wysokostopowe zawierają odpowiednio do 11% i ponad 12% wtrąceń. W zależności od obszaru zastosowania stopów stali rozróżnia się: stale narzędziowe, konstrukcyjne oraz specjalne i stopy.

Technologia wytwarzania: Proces wytapiania stali jest dość pracochłonny. Obejmuje kilka etapów. Przede wszystkim potrzebujesz surowców - rudy żelaza. Pierwszy etap polega na podgrzaniu do określonej temperatury. W takim przypadku zachodzą procesy oksydacyjne. W drugim etapie temperatura staje się znacznie wyższa. Procesy utleniania węgla są bardziej intensywne. Możliwe jest dodatkowe wzbogacenie stopu w tlen. Niepotrzebne zanieczyszczenia są usuwane do żużla. Kolejnym krokiem jest usunięcie tlenu ze stali, gdyż znacznie obniża on właściwości mechaniczne. Można to zrobić poprzez dyfuzję lub wytrącanie. Jeśli proces odtleniania nie nastąpi, wówczas otrzymaną stal nazywa się wrzącą. Spokojny stop nie wydziela gazów, tlen jest całkowicie usuwany. Pozycję pośrednią zajmują stale półspokojne. Stopy żelaza produkowane są w piecach paleniskowych, piecach indukcyjnych, konwertorach tlenu.

Stal stopowa: w celu uzyskania określonych właściwości stali do jej składu wprowadza się specjalne substancje stopowe. Głównymi zaletami takiego stopu są zwiększona odporność na różne odkształcenia, znacznie wzrasta niezawodność części i innych elementów konstrukcyjnych. Hartowanie zmniejsza procent pęknięć i innych defektów. Często ta metoda nasycania różnymi pierwiastkami służy do nadania odporności na korozję chemiczną. Ale jest też wiele wad. Wymagają dodatkowej obróbki, istnieje duże prawdopodobieństwo pojawienia się płatków. Ponadto wzrasta również koszt materiału. Najczęstszymi pierwiastkami stopowymi są chrom, nikiel, wolfram, molibden, kobalt. Obszar ich zastosowania jest dość duży. To inżynieria mechaniczna i produkcja części do rurociągów, elektrowni, lotnictwa i wielu innych.

Pojęcie odporności na ciepło i odporności na ciepło. Pojęcie odporności na ciepło oznacza zdolność metalu lub stopu do zachowania wszystkich swoich właściwości podczas pracy w wysokich temperaturach. Korozja gazowa jest powszechna w tym środowisku. Dlatego materiał musi być również odporny na jego działanie, czyli odporny na ciepło. Zatem charakterystyka stopów stosowanych w wysokich temperaturach powinna obejmować obie te koncepcje. Tylko wtedy takie stale zapewnią niezbędny zasób pracy na części, narzędzia i inne elementy konstrukcyjne.

Cechy stali żaroodpornej. W przypadkach, w których temperatura osiąga wysokie wartości, wymagane jest stosowanie stopów, które nie pękają i nie ulegają odkształceniom. W takim przypadku stosuje się stopy żaroodporne. Temperatura robocza takich materiałów wynosi powyżej 500 ° C. Ważnymi cechami charakteryzującymi takie stale są wysoka wytrzymałość, ciągliwość utrzymująca się przez długi czas oraz stabilność relaksacji. Istnieje szereg pierwiastków, które mogą znacząco zwiększyć odporność na wysokie temperatury: kobalt, wolfram, molibden. Chrome jest również obowiązkowym składnikiem. Nie wpływa to tak bardzo na wytrzymałość, co zwiększa odporność na kamień. Chrom zapobiega również procesom korozyjnym. Inną ważną cechą stopów tego typu jest powolne pełzanie.

Nikiel ma wiele korzystnych właściwości. Wpływa pozytywnie na skrawalność stali (zarówno na gorąco jak i na zimno). Jeśli część lub narzędzie jest przeznaczone do pracy w agresywnym środowisku, to dodanie tego pierwiastka do stopu znacznie zwiększa odporność na korozję. Materiały żaroodporne na bazie niklu dzielą się na następujące grupy: żaroodporne i żaroodporne właściwe. Ten ostatni powinien również mieć minimalne właściwości żaroodporne. Temperatura pracy osiąga 1200 ° C. Dodatkowo wprowadzany jest chrom lub tytan. Charakterystyczne dla stali stopowych niklu jest niewielka ilość zanieczyszczeń, takich jak bar, magnez, bor, dlatego granice ziaren są bardziej utwardzone. Stopy żaroodporne tego typu produkowane są w postaci odkuwek i wyrobów walcowanych. Możliwe jest również odlewanie części. Głównym obszarem ich zastosowania jest produkcja elementów do turbin gazowych. Żaroodporne stopy na bazie niklu zawierają do 30% chromu. Nadają się wystarczająco dobrze do tłoczenia, spawania. Ponadto odporność na kamień jest wysoka. Dzięki temu można je stosować w systemach gazociągów.

Obszar zastosowań stopów specjalnych. Istnieje wiele gałęzi przemysłu, w których stosuje się stopy o specjalnych właściwościach. Ze względu na swoje ulepszone właściwości są niezastąpione w budowie maszyn, budownictwie i przemyśle naftowym. Stopy żaroodporne i żaroodporne są używane do produkcji części turbin, części zamiennych do samochodów. Stal o wysokich właściwościach antykorozyjnych jest niezbędna do produkcji rur, igieł gaźników, tarcz oraz wszelkiego rodzaju elementów przemysłu chemicznego. Szyny kolejowe, łyżki, tory transportowe - podstawą tego wszystkiego są trudnościeralne stale. W masowej produkcji śrub, nakrętek i innych podobnych części stosuje się stopy automatyczne. Sprężyny muszą być wystarczająco sprężyste i trwałe. Dlatego materiałem do nich jest stal sprężynowa. Aby poprawić tę jakość, są dodatkowo stopowane z chromem i molibdenem. Wszystkie specjalne stopy i stale o zestawie specyficznych właściwości mogą obniżyć koszt części, w których wcześniej stosowano metale nieżelazne.

wniosek

Projekt ten pozwolił mi na zbadanie dodatkowych informacji o metalach, w szczególności o żelazie: jego właściwościach fizyko-chemicznych, związkach naturalnych, metodach produkcji i zastosowania, a także o stopach na bazie żelaza: żeliwie i stali: ich składzie, strukturze, klasyfikacji, zastosowaniach. od Ludzkość przez wiele lat będzie wykorzystywać metale i ich stopy, które nadal odgrywają wiodącą rolę w rozwoju wszystkich sektorów gospodarki narodowej.