Ce este aliajul metalic. Aliaje metalice

Când sunt topite, metalele se amestecă de obicei pentru a forma aliaje.

Chiar și în cele mai vechi timpuri, oamenii au observat că, în majoritatea cazurilor, aliajele au alte proprietăți, adesea mai utile pentru oameni, decât metalele lor pur constituente. După cum știți deja, bronzul, de exemplu, are o rezistență mai mare decât cuprul și staniul constitutiv. Oțelul și fonta sunt mai puternice decât fierul pur din comerț. Prin urmare, metalele sunt rareori folosite în forma lor pură. Aliajele lor sunt utilizate mult mai des. Se cunosc puțin peste 80 de metale, dar au fost obținute zeci de mii de aliaje diferite din acestea.

În plus față de rezistența mai mare, multe aliaje au rezistență la coroziune și duritate mai mari, proprietăți de turnare mai bune decât metalele pure. Deci, cuprul pur este foarte greu de turnat, este dificil să se obțină piese turnate din acesta și, în același timp, bronzul de staniu - un aliaj de cupru și staniu - are proprietăți excelente de turnare: este utilizat pentru turnarea produselor de artă care necesită elaborarea fină a detaliilor. Fonta, un aliaj de fier cu carbon, este, de asemenea, un material excelent de turnare. Aluminiu pur este un metal foarte moale, relativ fragil de rupt. Dar un aliaj de aluminiu, magneziu, mangan, cupru și nichel numit duralumin este de patru ori mai puternic decât aluminiul.

Pe lângă proprietățile mecanice superioare, aliajele au proprietăți care nu se găsesc în metalele pure. Exemple sunt oțelul inoxidabil pe bază de fier - un material cu rezistență ridicată la coroziune chiar și în medii agresive și cu rezistență ridicată la căldură, materiale magnetice, aliaje cu rezistență electrică ridicată, cu un coeficient de expansiune termică scăzut.

Atât nemetalele, cât și compușii pot fi componente ale aliajelor.

Conform stării componentelor, aliajele pot fi omogene, atunci când în timpul alierii se formează o soluție a unui metal în altul, de exemplu, aliaje de cupru și staniu, aur și argint și eterogene, de exemplu, fontă, care este un amestec mecanic de fier și carbon.

Aliajele sunt clasificate în diferite moduri, în funcție de caracteristica luată ca bază. Cel mai adesea, aliajele sunt împărțite în funcție de compoziția lor. De exemplu, se disting cupru, aluminiu, nichel, titan și alte aliaje.

Există grupuri de aliaje care poartă denumiri generale: bronzuri, alamă etc. Uneori, în numele aliajului se remarcă componente deosebit de valoroase: bronzuri de beriliu, oțel tungsten etc.

În metalurgie, fierul și toate aliajele sale sunt clasificate într-un grup numit metale feroase, restul metalelor și aliajele acestora au denumirea tehnică a metalelor neferoase.

Marea majoritate a aliajelor de fier (sau feroase) conțin carbon. Acestea sunt împărțite în fontă și oțel.

Fontă - un aliaj pe bază de fier care conține de la 2 la 4,5% carbon, precum și mangan, siliciu, fosfor și sulf. Fonta este mult mai dură decât fierul, de obicei este foarte fragilă, nu este forjată și se sparge la impact. Acest aliaj este utilizat pentru fabricarea diferitelor piese masive prin turnare, așa-numita fontă și pentru prelucrarea în oțel - fontă brută.

În funcție de starea carbonului din aliaj, se disting fonta gri și albă (Tabelul 4).

Tabelul 4
Tipuri și proprietăți ale fontei

	Compoziţie	Proprietăți	Cerere
Fontă cenușie	Conține 1,7-4,3% C, 1,25-4,0% Si și până la 1,5% Mn. Datorită conținutului ridicat de siliciu, solubilitatea carbonului scade, prin urmare carbonul se află în stare liberă sub formă de grafit	Material relativ moale și prelucrabil. Carbonul liber face fonta moale	Producerea pieselor turnate (roți dințate, roți, țevi etc.), turnare artistică
Fontă albă	Conține 1,7-4,3% C, mai mult de 4% Mn, dar foarte puțin siliciu. Carbonul se găsește în principal sub formă de cementită - carbură de fier Fe 3 C	Material dur și casant. Aceste proprietăți sunt date de cementită, care are o duritate ridicată.	Reciclarea în oțel

Oţel - un aliaj pe bază de fier care conține mai puțin de 2% carbon. După compoziția chimică, oțelul este împărțit în două tipuri principale: carbon și aliaj.

Otel carbon este un aliaj de fier în principal cu carbon, dar, spre deosebire de fonta, conținutul de carbon, precum și mangan, siliciu, fosfor și sulf, este mult mai mic. În funcție de cantitatea de carbon, oțelurile sunt împărțite în moale (conținutul de carbon nu depășește 0,3%), duritate medie (puțin mai mult carbon decât cele moi) și tare (carbonul poate fi de până la 2%). Piesele mașinilor, țevile, șuruburile, cuiele, agrafe de hârtie etc. sunt fabricate din oțel moale și dur mediu, iar diverse unelte și vase sunt fabricate din oțel dur.

Oțelul aliat este, de asemenea, un aliaj de fier cu carbon, în acesta au fost introduși numai aditivi speciali pentru aliere: crom, nichel, tungsten, molibden, vanadiu etc.

Adaosurile de aliaj conferă aliajului calități speciale. Deci, oțelurile crom-nichel sunt foarte plastice, puternice, rezistente la căldură, rezistente la acid și rezistente la coroziune (rugină). Acestea sunt utilizate în construcții (de exemplu, fațada coloanelor stației Mayakovskaya a metroului din Moscova este realizată din oțel crom-nichel (Fig. 32)), precum și pentru fabricarea articolelor de uz casnic inoxidabil (cuțite, furci, linguri), tot felul de instrumente medicale și alte instrumente.

Figura: 32.
Stația de metrou „Mayakovskaya”, căptușeala coloanelor este realizată din oțel crom-nichel

Oțelurile crom-molibden și crom-vanadiu sunt foarte dure, puternice și rezistente la căldură. Acestea sunt utilizate pentru fabricarea conductelor, compresoarelor, motoarelor și a multor alte părți ale mașinilor moderne. Oțelurile cu tungsten cromat își păstrează duritatea ridicată la temperaturi foarte ridicate. Acestea servesc drept material de construcție pentru sculele de mare viteză.

Proprietățile unor oțeluri aliate și domeniile lor de aplicare sunt prezentate în tabelul 5.

Tabelul 5
Proprietățile unor oțeluri aliate și aplicațiile acestora

Element de aliere	Proprietăți speciale ale oțelului	Produse pentru producția cărora se folosește oțelul
	Duritate și rezistență la coroziune	Unelte, freze, dalte
	Vâscozitate, rezistență mecanică, rezistență la coroziune	Turbine de centrale electrice și motoare cu reacție, instrumente de măsurare, piese care funcționează la temperaturi ridicate
Mangan	Duritatea, rezistența mecanică, rezistența la șoc și frecare	Zdrobirea pieselor instalațiilor, șinelor de cale ferată, dinții cupei excavatorului
	Rezistență la căldură, rezistență mecanică la temperaturi ridicate, rezistență la coroziune	În avioane, rachete și construcții navale. Aparate chimice
Tungsten	Rezistență la duritate și căldură, rezistență la uzură	Unelte de mare viteză, ferăstraie, tăietoare, matrițe, filamente pentru lămpi electrice
Molibden	Elasticitate, rezistență la căldură, rezistență la coroziune	Lamele turbinei avion cu jet și mașini, plăci de armură, articole de sticlă de laborator, piese pentru tuburi electronice
	Rezistent la acizi	Transformatoare, dispozitive și dispozitive rezistente la acid
	Rezistență ridicată, rezistență și rezistență la impact	Părți de mașini, tractoare și alte mașini supuse șocului în timpul funcționării

Oțelul este baza ingineriei mecanice moderne, a industriei de apărare, a rachetei și a altor industrii.

În dezvoltarea metalurgiei moderne a oțelului mare importanță a avut lucrări de DK Chernov și PP Anosov.

Din aliajele neferoase se remarcă bronzul, alama, cupronickelul, duraluminia.

Bronzul este un aliaj pe bază de cupru cu adaos (până la 20%) de staniu. Bronzul este bine turnat, deci este utilizat în ingineria mecanică pentru fabricarea rulmenților, inelelor pistonului, supapelor, armăturilor etc. Bronzul este, de asemenea, utilizat pentru turnarea artistică (Fig. 33).

Alama este un aliaj de cupru care conține 10 până la 50% zinc. Sunt folosite în construcția de motoare, pentru fabricarea armăturilor de mobilier.

Cupronickelul este un aliaj care conține aproximativ 80% cupru și 20% nichel, similar ca aspect cu argintul. Se folosește la fabricarea tacâmurilor și a obiectelor de artă relativ ieftine.

Duraluminul (duralumin, duralumin) este un aliaj pe bază de aluminiu care conține cupru, magneziu, mangan și nichel. Are proprietăți mecanice bune, este utilizat în aeronave și inginerie mecanică (Fig. 34).

Figura: 34.
„Super Jett-100”

Cuvinte și concepte noi

1. Aliaje și clasificarea lor.
2. Metale feroase: fontă și oțel.
3. Metale neferoase: bronz, alamă, cupronickel, duralumină.

Sarcini de auto-studiu

1. Ce perioadă din istoria omenirii se numește epoca bronzului? De ce?
2. Calculați cantitatea de substanțe de cupru și nichel pe care trebuie să le luați pentru a produce 25 kg de cupronickel.
3. Ce au în comun cele două expresii: „elemente de aliere din oțel” și „poziție privilegiată în societate”?
4. Calculați volumul de hidrogen (n.u.), care se formează prin dizolvarea a 100 g de alamă conținând 13% zinc în acid clorhidric.

Toată lumea a auzit cuvântul „aliaj”, iar unii îl consideră sinonim cu termenul „metal”. Dar aceste concepte sunt diferite. Metalele sunt un grup de elemente chimice caracteristice, în timp ce aliajul este un produs al combinației lor. În forma lor pură, metalele nu sunt practic folosite; în plus, sunt greu de obținut în forma lor pură. În timp ce aliajele sunt omniprezente.

Ce este aliajul

Să aruncăm o privire mai atentă la această problemă. Deci, un aliaj este o combinație de mai multe metale sau unul și diferiți aditivi nemetalici. Astfel de compuși sunt utilizați peste tot. Un aliaj este un sistem macroscopic omogen realizat prin topire. Ele au fost cunoscute din cele mai vechi timpuri, când umanitatea, folosind tehnologii primitive, a învățat să producă fontă, bronz și puțin mai târziu - oțel.

Producția și utilizarea acestor materiale se datorează faptului că este posibil să se obțină un aliaj cu proprietăți tehnologice date, în timp ce multe caracteristici (rezistență, duritate, rezistență la coroziune etc.) sunt mai mari decât cele ale componentelor sale individuale.

Principalele tipuri

Cum sunt clasificate aliajele? Acest lucru se face în funcție de tipul de metal care stă la baza conexiunii, și anume:

1. Negru. Baza este fierul. Toate tipurile de oțeluri și fontă aparțin aliajelor feroase.
2. Colorat. Baza este unul dintre cele mai comune aliaje neferoase pe bază de cupru și aluminiu.
3. Aliaje de metale rare. Pe bază de vanadiu, niobiu, tantal, tungsten. Sunt utilizate în principal în ingineria electrică.
4. Aliaje de metale radioactive.

Alte elemente sunt adăugate la componenta principală din aliaj - metale și nemetale, care îi îmbunătățesc proprietățile tehnologice. Acești aditivi se numesc dopanți. De asemenea, impuritățile dăunătoare sunt prezente în aliaje - atunci când valoarea lor admisibilă este depășită, multe caracteristici ale materialului scad. Deci, acum știi ce este un aliaj.

Aliajele sunt, de asemenea, clasificate în dublu, triplu și altele - în funcție de numărul de componente. Conform omogenității structurii - în omogen și eterogen. Prin proprietăți distinctive - în topire redusă și refractare, de înaltă rezistență, rezistente la căldură, antifricțiune, rezistente la coroziune și materiale cu proprietăți speciale.

Proprietăți mecanice

Proprietățile mecanice ale aliajelor determină performanța materialului atunci când este expus la forțe externe. Pentru a afla caracteristicile articulației, proba este supusă la diferite teste (întindere, zgâriere, încărcare, apăsarea unei bile de metal sau a unui con de diamant în ea, examinarea la microscop) pentru a determina rezistența, elasticitatea și plasticitatea acesteia.

Fizic

Compoziția aliajului determină proprietățile sale fizice. Acestea includ greutatea specifică, conductivitatea electrică, punctul de topire, căldura specifică, coeficientul de expansiune volumetrică și liniară. De asemenea, proprietățile fizice includ proprietățile magnetice ale aliajelor. Acestea se caracterizează prin inducție reziduală și permeabilitate magnetică.

Chimic

Care sunt proprietățile chimice ale unui aliaj? Acestea sunt caracteristici care determină modul în care materialul reacționează la efectele diferiților agenți activi, inclusiv agresivi. Efectul chimic al mediului înconjurător poate fi văzut vizual: fierul este „mâncat” de rugină, un bronz verde de oxizi apare pe bronz, oțelul se dizolvă în acid sulfuric.

În metalurgie și ingineria grea, multe metode sunt folosite pentru a combate influența agresivă a mediului extern: sunt dezvoltate materiale noi, mai rezistente pe bază de cupru, titan și nichel, aliajele sunt acoperite cu straturi de protecție - lacuri, vopsele, folii de oxid și structura lor este îmbunătățită. Ca urmare a factorilor de mediu negativi, industria suferă daune anuale în valoare de milioane de tone de oțel și fontă.

Tehnologic

Fabricabilitate - ce este? Un aliaj în industrie nu este necesar de la sine; o parte este făcută din acesta. În consecință, materialul va fi încălzit, tăiat, deformat, tratat termic și alte manipulări. Lucrabilitatea este capacitatea de a suferi un aliaj căi diferite lucru la cald și la rece, de exemplu topirea, răspândirea și umplerea ușoară a matriței, deformat la cald sau la rece (forjare, ștanțare la cald și la rece), sudat, prelucrat cu unelte de tăiat metal.

Proprietățile tehnologice pot fi împărțite în:

1. Turnătorii. Acestea se caracterizează prin fluiditate - capacitatea de a umple o matriță pentru turnare, contracție (procentul pierderii de volum după răcire, solidificare) și segregare - un proces complex în care se formează o structură neuniformă a materialului în diferite părți ale turnării.
2. capacitatea aliajului de a se deforma sub sarcină de șoc și de a lua forma dorită fără pierderea integrității. Unele metale au o ductilitate bună numai când sunt fierbinți, altele reci și fierbinți. De exemplu, oțelul este forjat în roșu. Aliajele de aluminiu și alamă se prind bine la temperatura camerei. Bronzul se pretează slab la impactul deformării, iar fontele nu sunt din material plastic și sunt distruse sub influența unui ciocan (cu excepția
3. Sudabilitate. Buna sudabilitate este mult mai proastă pentru această caracteristică la fontă.

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

Detalii Categorie: Metal

Metale și aliaje

În industrie, metalele sunt utilizate în principal sub formă aliaje: negru (fontă, oțel) și colorat (bronz, alamă, duraluminiu etc.)

.
Oţel și fontă - aceasta este aliaje fier-carbon ... Dar oțelul are un conținut de carbon ușor mai mic decât fonta.

ÎN fontă conține de la 2 la 4% carbon. Compoziția fontei include, de asemenea, siliciu, mangan, fosfor și sulf. Fontă - aliaj dur fragil. Prin urmare, este utilizat în produse care nu vor fi supuse șocului. De exemplu, radiatoarele de încălzire, paturile pentru mașini și alte produse sunt turnate din fontă.

Oţel, ca și fonta, are impurități de siliciu, fosfor, sulf și alte elemente, dar în cantități mai mici.
Oţel nu numai metal durabil, ci și ductil. Datorită acestui fapt, ea se împrumută bine prelucrare ke. Oţel s-a întâmplat moale și solid .

Oțelul mai dur este utilizat pentru realizarea de fire, cuie, șuruburi, nituri și alte produse.

Fabricat din oțel foarte dur construcții metalice (otel de constructie ) și unelte de tăiat (oțel de scule). Oțelul pentru scule are o duritate și o rezistență mai mari decât oțelul structural.

Adăugarea de elemente la oțel precum crom, nichel, tungsten, vanadiu , vă permite să obțineți aliaje cu proprietăți fizice speciale - rezistent la acid, inoxidabil, rezistent la căldură etc.

Fontă topit din minereu de fier în furnale... Rudu împreună cu Coca-Cola (cărbunele tratat special, care dă o temperatură ridicată în timpul arderii) este încărcat în furnal de sus. De jos, aerul fierbinte curat este suflat tot timpul în furnal, astfel încât cocsul să ardă mai bine. O temperatură ridicată se acumulează în interiorul cuptorului, minereul se topește și fonta rezultată curge în josul cuptorului. Metal topit curge din orificiul furnalului în ladele. Oțelul este obținut dintr-un amestec de fontă cu resturi de oțel în cuptoare cu focar deschis, convertoare și cuptoare electrice.

De aliaje neferoase cel mai utilizat bronz, alamă și duraluminiu.

Bronz - galben rosu aliaj bazat cupru cu adaos tablă, aluminiu niya și alte elemente. Diferă în rezistență ridicată, rezistență la coroziune. Obiectele artistice sunt turnate din bronz, sunt realizate instalații sanitare, conducte, piese care funcționează în condiții de frecare și umiditate ridicată.

Alamă - aliaj de cupru-zinc , Culoarea galbena. Are duritate ridicată, ductilitate și rezistență la coroziune. Este produs sub formă de foi, sârmă, produse laminate hexagonale și este cel mai adesea utilizat pentru fabricarea pieselor care funcționează în condiții de umiditate ridicată.

Duralumin - aliaj de aluminiu cu cupru, zinc, magneziu și alte metale, argintii. Posedă proprietăți anticorozive ridicate, este bine procesat. Duraluminul este utilizat pe scară largă în construcția de aeronave, inginerie mecanică și construcții, unde sunt necesare structuri ușoare și durabile.

Proprietățile de bază ale metalelor

Știi că metale au diferite proprietăți ... Unul din ei moale, vâscoasă alții ferm, elastic nu sau fragil ... Cunoașterea proprietăților metalelor este necesară pentru a determina corect materialul cel mai potrivit pentru un anumit produs.

Proprietăți fizice.

Aceste proprietăți includ: culoare, greutate specifică, conductivitate termică, conductivitate electrică, punct de topire.

Culoare metalul sau aliajul este unul dintre semnele care fac posibilă judecarea proprietăților acestuia.
Metalele variază în culori. De exemplu, oţel - cenușiu, zinc - alb albăstrui, cupru - roșu roz.
Când este încălzită, culoarea suprafeței metalice poate determina aproximativ temperatura la care este încălzită, ceea ce este deosebit de important pentru sudori. Cu toate acestea, unele metale (aluminiu) nu își schimbă culoarea atunci când sunt încălzite.

Suprafața metalului oxidat are o culoare diferită de cea neoxidată.

Gravitație specifică - greutatea unui centimetru cub al unei substanțe, exprimată în grame ... De exemplu, oțelul carbon are o greutate specifică de 7,8 g / cm3. În construcția de autovehicule și aeronave, greutatea pieselor este una dintre cele mai importante caracteristici, deoarece structurile trebuie să fie nu numai puternice, ci și ușoare. Cu cât greutatea specifică a metalului este mai mare, cu atât produsul este mai greu (cu volum egal).

Conductivitate termică - capacitatea metalului de a conduce căldura - se măsoară prin cantitatea de căldură care trece printr-o tijă metalică cu o secțiune transversală de 1 cm2 în 1 min. Cu cât conductivitatea termică este mai mare, cu atât este mai dificilă încălzirea marginilor piesei de lucru la temperatura dorită.

Temperatură de topire - temperatura la care un metal trece de la solid la lichid ... Oțelul, de exemplu, are un punct de topire mult mai mare decât staniul.

Metalele pure se topesc la o temperatură constantă și aliajele - în intervalul de temperatură.

Proprietăți mecanice.

Proprietățile mecanice ale metalelor și aliajelor includ rezistență, duritate, elasticitate, plasticitate, duritate.
Aceste proprietăți sunt, de obicei, indicatori decisivi prin care să se evalueze adecvarea metalului pentru diferite condiții de lucru.

Putere - capacitatea unui metal de a rezista distrugerii atunci când este expus unei sarcini .

Duritate - capacitatea unui metal de a rezista pătrunderii unui alt corp solid în suprafața acestuia ... Dacă lovești un pumn central pe o placă de oțel cu un ciocan, se va forma o gaură mică. Dacă faceți același lucru cu o placă de cupru, gaura va fi mai mare. Acest lucru indică faptul că oțelul este mai dur decât cuprul.

Elasticitate - proprietatea unui metal de a-și restabili forma și dimensiunea după încetarea sarcinii ... De exemplu, arcurile și arcurile trebuie să aibă o elasticitate ridicată, prin urmare sunt fabricate din aliaje speciale. Încercați să întindeți și să eliberați arcurile din sârmă de oțel și cupru în același timp. Veți vedea că primul se va micșora din nou, iar al doilea va rămâne în aceeași poziție. Aceasta înseamnă că oțelul este un material mai rezistent decât cuprul.

Plastic - capacitatea unui metal de a-și schimba forma și dimensiunea sub acțiunea unei sarcini externe și de a menține o nouă formă și dimensiune după încetarea acțiunii forțelor ... Plasticitatea este opusul elasticității. Cu cât este mai plastică, cu atât metalul este mai ușor forjat, ștanțat, laminat.

Viscozitate - capacitatea unui metal de a rezista la sarcini în creștere rapidă (șoc). De exemplu, dacă lovești o placă din fontă, aceasta se va prăbuși. Fonta este un metal fragil. Viscozitatea este opusul fragilității. Metalele vâscoase sunt utilizate în cazurile în care piesele sunt supuse încărcării la șoc în timpul funcționării (piese de mașini, mașini etc.).

Faptul că proprietățile metalelor se schimbă în timpul fuziunii lor a devenit cunoscut în antichitate. \\ (5 \\) mii de ani în urmă, strămoșii noștri au învățat cum să facă bronz - un aliaj de tablă cu cupru. Bronzul este superior în duritate ambelor metale incluse în compoziția sa.

Proprietățile metalelor pure, de regulă, nu îndeplinesc cerințele necesare, prin urmare, în aproape toate sferele activității umane, nu sunt utilizate metalele pure, ci aliajele lor.

Un aliaj este un material care se formează ca urmare a solidificării unei topiri de două sau mai multe substanțe separate.

Pe lângă metale, compoziția aliajelor poate include și nemetale, de exemplu, cum ar fi carbonul sau siliciul.

Prin adăugarea de impurități ale altor metale și nemetale într-o anumită cantitate, este posibil să se obțină mii de materiale cu o mare varietate de proprietăți, inclusiv cele pe care niciunul dintre elementele din aliaj nu le are.

Aliajul în comparație cu metalul de bază poate fi:

• mecanic mai puternic și mai greu,
• cu un punct de topire semnificativ mai mare sau mai mic,
• mai rezistent la coroziune,
• mai rezistent la temperaturi ridicate,
• practic nu își schimbă dimensiunea atunci când sunt încălzite sau răcite etc.

De exemplu, fierul pur este un metal relativ moale. Când se adaugă carbon la fier, duritatea acestuia crește semnificativ. Prin cantitatea de carbon și, prin urmare, prin duritate, acestea se disting oţel (conținut de carbon mai mic de \\\\ (2 \\\\)% din masă), fontă (\\ (C \\) - mai mult \\ (2 \\)%). Dar carbonul nu este singurul lucru care schimbă proprietățile oțelului. Cromul adăugat la oțel îl face inoxidabil, tungstenul face oțelul mult mai greu, adăugarea de mangan face aliajul rezistent la uzură, iar vanadiul îl face puternic.

Aplicarea aliajelor ca materiale structurale

Aliajele utilizate pentru realizarea diverselor structuri trebuie să fie puternice și ușor de realizat.

În construcții și inginerie mecanică, cele mai utilizate aliaje de fier și aluminiu.

Aliaje de fier precum deveni, se disting prin rezistență și duritate ridicate. Pot fi forjate, presate, sudate.

Fontă utilizat pentru fabricarea pieselor masive și foarte durabile. De exemplu, mai devreme, radiatoarele de încălzire centrală și conductele de canalizare erau turnate din fontă, cazanele, balustradele și suporturile podului sunt încă în curs de realizare. Produsele din fontă sunt fabricate folosind turnarea.

Aliaje de aluminiuutilizate în structuri, împreună cu rezistența, ar trebui să fie ușoare. Duralumin, silumin - aliaje de aluminiu, sunt indispensabile în avioane, transporturi și construcții navale.

Unele noduri de aeronave folosesc aliaje de magneziu, foarte ușor și rezistent la căldură.

Lumina și rezistența la căldură sunt utilizate în rachetă aliaje pe bază de titan.

Pentru a îmbunătăți rezistența la impact, rezistența la coroziune, rezistență la uzură, aliajele sunt aliajate - se introduc aditivi speciali. Aditiv mangan face ca oțelul să fie rezistent la impact. Pentru a obține oțel inoxidabil, se introduce aliajul crom.

Aliaje pentru scule

Aliajele pentru scule sunt destinate fabricării sculelor de tăiere, matrițelor și pieselor mecanismelor de precizie. Astfel de aliaje trebuie să fie rezistente la uzură și puternice și, atunci când sunt încălzite, rezistența lor nu trebuie să scadă semnificativ. Astfel de cerințe sunt îndeplinite, de exemplu, otel inoxidabilcare au fost supuse unui tratament special (întărire).

Adăugarea de substanțe care își îmbunătățesc proprietățile la aliaje se numește aliere.

Pentru a da proprietățile necesare, oțelurile pentru scule sunt de obicei aliate cu tungsten, vanadiu sau crom.

Aplicarea aliajelor în industria electrică, electronică și fabricarea instrumentelor

Aliajele servesc ca material de neînlocuit în fabricarea instrumentelor deosebit de sensibile și de înaltă precizie, a diferitelor tipuri de senzori și convertoare de energie.

De exemplu, fabricarea miezurilor transformatorului și a pieselor releului este aliaj de nichel... Părțile individuale ale motoarelor electrice sunt fabricate din aliaje de cobalt.

Aliaj de nichel-crom - nicrom, caracterizată prin rezistență ridicată - utilizată pentru fabricarea elementelor de încălzire pentru cuptoare și aparate electrice de uz casnic.

De aliaje de cupru în industria electrotehnică și în fabricarea instrumentelor, alama și bronzul sunt cele mai utilizate.

Alamă sunt indispensabile la fabricarea dispozitivelor, dintre care o parte sunt supape de închidere. Astfel de dispozitive sunt utilizate în rețelele de alimentare cu gaze și apă.

Bronz mergeți la fabricarea arcurilor și a contactelor cu arc.

Aplicarea aliajelor cu topire redusă

Principala proprietate solicitată a aliajelor cu topire scăzută este un punct de topire scăzut dat. Această proprietate, în special, este utilizată pentru lipirea microcircuitelor. În plus, aceste aliaje trebuie să aibă o anumită densitate, rezistență la tracțiune, inertitate chimică și conductivitate termică.

Aliajele cu topire scăzută sunt produse din bismut, conduce, cadmiu, staniu și alte metale. Astfel de aliaje sunt utilizate în senzori de temperatură, termometre, alarme de incendiu, de exemplu, aliaj de lemn... Și, de asemenea, în turnătorie pentru producerea modelelor de ceară pierdută, pentru fixarea oaselor și a protezelor în medicină.

Aliaj sodiu cu potasiu (punctul de topire \\ (- \\) \\ (12,5 \\) ° C) este utilizat ca agent de răcire pentru răcirea reactoarelor nucleare.

Utilizarea aliajelor în bijuterii

Utilizarea metalelor prețioase sub formă pură în bijuterii nu este întotdeauna justificată și oportună datorită costului ridicat, caracteristicilor fizice și chimice ale acestora.

Aliajele cu alte metale sunt folosite pentru a face bijuteriile din aur mai dure și mai durabile.

Cei mai buni aditivi sunt argintul (scade punctul de topire) și cuprul (crește duritatea). Aurul pur este folosit foarte rar, deoarece este prea moale, ușor de deformat și zgâriat.

Din aliaje de aur cu \\ (10-30 \\)% din alte metale nobile (platină sau paladiu), sunt fabricate dispozitive de laborator, iar dintr-un aliaj cu \\ (25-30 \\)% argint - bijuterii și contacte electrice.

Bijuterii din aliaj de aur	Contacte electrice placate cu aur

Aliaje în art

Bronz de tablă ( aliaj de cupru-staniu) - unul dintre primele aliaje metalice produse de om. Are mai mult, în comparație cu cuprul pur, duritate, rezistență și un punct de topire mai ușor. Bronzurile sunt folosite cu succes pentru a obține piese turnate de configurație complexă, inclusiv turnare artistică. Bronzul Bell este marca clasică a bronzului.

Una dintre noile tendințe în artă este producția de produse din fontă artistică. Produsele din fontă sunt semnificativ superioare în calitate față de produsele forjate.

Fonta este un metal mult mai fragil și nu la fel de maleabil ca oțelul. Dar chiar și dintr-un astfel de material aparent grosier, puteți obține opere reale de artă de turnătorie prin turnare, de exemplu, cum ar fi scări turnate sau grătare pentru ferestre. Astfel de produse sunt supuse doar coroziunii suprafeței și nu necesită o întreținere atentă.

Introducere

Metalele utilizate în tehnologie sunt de obicei împărțite în două grupe principale - feroase și neferoase. Metalele feroase includ fierul și aliajele sale (fontă, oțel, feroaliaje). Restul metalelor și aliajelor lor sunt neferoase.

Dintre metale, fierul și aliajele sale, care sunt încă principalul material de construcție a mașinilor, au o importanță deosebită. În producția globală de metale, peste 90% este reprezentat de fier și aliajele sale. Acest lucru se datorează valoroselor proprietăți fizice și mecanice ale metalelor feroase, precum și faptului că minereurile de fier sunt răspândite în natură, iar producția de fier și oțel este relativ ieftină și simplă.

Alături de metalele feroase, metalele neferoase au o mare importanță în tehnologie. Acest lucru se datorează unui număr important de proprietăți fizice și chimice pe care metalele feroase nu le posedă. Cuprul, aluminiul, magneziul, nichelul, titanul, tungstenul și, de asemenea, beriliu, germaniu și alte metale neferoase sunt cele mai utilizate pe scară largă în construcția avioanelor, ingineria radio, electronica și alte industrii.

Producția de materiale sintetice - materiale plastice - a primit o dezvoltare specială în ultimii 30 de ani. Materialele plastice și alte materiale nemetalice sunt utilizate în construcția de mașini și mecanisme în loc de metale și aliaje. Astfel de materiale fac posibilă creșterea duratei de viață a pieselor și ansamblurilor de mașini și instalații, reducerea greutății structurilor, economisirea metalelor și aliajelor neferoase rare și reducerea costurilor și a intensității muncii prelucrării.

Alegerea rațională a materialelor și îmbunătățirea proceselor tehnologice de prelucrare a acestora asigură fiabilitatea structurilor, reduc prețul de cost și crește productivitatea muncii. Știința aplicată a structurii și proprietăților materialelor tehnice, a cărei sarcină principală este de a stabili o legătură între compoziție, structură și proprietăți, se numește știința materialelor.

Știința materialelor este știința relației dintre structura electronică, structura materialelor cu compoziția lor, proprietățile fizice, chimice, tehnologice și operaționale.

Crearea bazelor științifice ale științei metalelor aparține pe bună dreptate DK Chernov, care a stabilit temperaturile critice ale transformărilor de fază în oțeluri și relația lor cu cantitatea de carbon din oțeluri. Aceasta a pus bazele celei mai importante diagrame a stării aliajelor fier-carbon din metalurgie.

Odată cu descoperirea transformărilor alotropice din oțel, Chernov a pus bazele tratamentului termic al oțelului. Luând în considerare punctele critice din oțel, a fost posibilă alegerea rațională a temperaturii de întărire, călire și deformare plastică în condițiile de producție.

În lucrările sale despre cristalizarea oțelului și structura lingoului, Chernov a subliniat principalele prevederi ale teoriei turnării, care nu și-au pierdut semnificația științifică și practică în prezent.

Marele metalurgist rus P.P. Anosov a folosit mai întâi un microscop pentru a studia structura metalelor. El are prioritate în crearea oțelurilor aliate. Dezvoltarea teoriei și tehnologiei fabricării lamelor din oțel damasc. Din lucrările sale a devenit clar că așa-numitul model de damasc de pe suprafața oțelului depinde direct de structura sa internă.

Până în prezent, principala bază materială a ingineriei mecanice este metalurgia feroasă, care produce oțel și fontă. Aceste materiale au multe calități pozitive și, în primul rând, asigură o rezistență structurală ridicată a pieselor mașinii. Cu toate acestea, aceste materiale clasice au dezavantaje precum densitatea mare, rezistența redusă la coroziune. Pierderile de coroziune reprezintă 20% din producția anuală de oțel și fier. Prin urmare, conform cercetărilor științifice, în 20 ... 40 de ani toate țările dezvoltate se vor reorganiza pentru utilizarea masivă a aliajelor metalice pe bază de titan, magneziu, aluminiu. Aceste aliaje ușoare și durabile fac posibilă ușurarea mașinilor și mașinilor de 2-3 ori și reduc costurile de reparații de 10 ori.

Este important să eliminăm restul țării noastre în utilizarea de noi materiale în locul tradiționalelor (metalice) - materiale plastice, ceramice, materiale pentru metalurgia pulberilor, în special materiale compozite, care economisesc metale rare, reduce costurile energetice pentru producția de materiale și reduce greutatea produselor.

Obiective și obiective ale proiectului:

Obiectivul proiectului:

Să studieze extinderea domeniului de aplicare al aliajelor pe bază de fier în ingineria mecanică.

Obiectivele proiectului:

Să studieze caracteristicile compoziției, structurii și proprietăților aliajelor pe bază de fier;

Luați în considerare principalele domenii de aplicare a acestor aliaje.

Istoria fierului

Fierul a fost cunoscut ca material instrumental din cele mai vechi timpuri. Cele mai vechi produse din fier găsite în timpul săpăturilor arheologice datează din mileniul IV î.Hr. e. și aparțin vechilor civilizații sumeriene și antice egiptene. Acestea sunt realizate din fier de meteorit, adică un aliaj de fier și nichel (conținutul acestuia din urmă variază de la 5 la 30%), decorațiuni din mormintele egiptene (aproximativ 3800 î.Hr.) și un pumnal din orașul sumerian Ur (aproximativ 3100 î.Hr.). BC). Aparent, unul dintre numele de fier în greacă și latină provine de la originea cerească a fierului meteorit: „sider” (care înseamnă „stelar”).

Fierul este un element al grupului al optulea al unui subgrup secundar din a patra perioadă a sistemului periodic al elementelor chimice ale lui D. I. Mendeleev cu numărul atomic 26. Este desemnat prin simbolul Fe (latin Ferrum). Unul dintre cele mai răspândite metale din scoarța terestră (al doilea doar după aluminiu).

O substanță simplă, fierul, este un metal maleabil alb-argintiu cu o reactivitate chimică ridicată: fierul se corodează rapid la temperaturi ridicate sau la umiditate ridicată în aer. În oxigen pur, fierul arde și, într-o stare fin dispersată, se aprinde spontan în aer.

Fierul în sine este denumit de obicei aliajele sale cu un conținut scăzut de impurități (până la 0,8%), care păstrează moliciunea și ductilitatea metalului pur. Dar, în practică, aliajele de fier cu carbon sunt mai des utilizate: oțel (până la 2,14% în greutate carbon) și fontă (mai mult de 2,14% în greutate carbon), precum și oțel inoxidabil (aliat) cu metale aliate (crom, mangan, nichel etc.). Setul de proprietăți specifice fierului și aliajelor sale îl fac „metalul nr. 1” ca importanță pentru oameni.

În natură, fierul se găsește rar în forma sa pură, cel mai adesea se găsește în compoziția meteoriților de fier-nichel. Prevalența fierului în scoarța terestră este de 4,65% (locul 4 după O, Si, Al). Se crede, de asemenea, că fierul reprezintă cea mai mare parte a miezului pământului.

Stări tipice de oxidare

Fierul se caracterizează prin stări de oxidare - +2 și +3.

Starea de oxidare +2 corespunde oxidului negru FeO și hidroxidului verde Fe (OH) 2. Sunt de bază. În săruri, Fe (+2) este prezent ca un cation. Fe (+2) este un agent reductor slab.

Starea de oxidare +3 corespunde oxidului roșu-maroniu Fe 2 O 3 și hidroxidului brun Fe (OH) 3. Au o natură amfoteră.

Primirea:

1. Fierul pur poate fi obținut prin reducerea electrolitică a sărurilor de fier.

FeCl 2 \u003d Fe 2+ + 2Cl -

2. Reducerea oxizilor de fier Fe 2 O 3 și Fe 3 O 4 cu aluminotermie:

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

3. Cea mai mare parte a fierului nu este utilizată sub formă pură, ci sub formă de aliaje cu carbon (fontă și oțel) și alte elemente. Cea mai mare parte a fierului este produsă în furnale. Procesul care are loc într-un furnal în timpul producerii aliajelor de fier se bazează pe reducerea oxizilor de fier la încălzire:

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

Proprietăți fizice:

Fierul pur este un metal alb-argintiu care pătează rapid (ruginește) în aerul umed sau în apă care conține oxigen. Fierul este plastic, ușor forjat și laminat, punct de topire 1539 ° C. Are proprietăți magnetice puternice (feromagnet), o bună conductivitate termică și electrică.
Proprietăți chimice:

Fierul este un metal activ.

1. Se formează în aer o peliculă protectoare de oxid care împiedică ruginirea metalului:

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 2 O 3 FeO (ferită de fier)

2. În aerul umed, fierul este oxidat și acoperit cu rugină, care este parțial compus din oxid de fier hidratat (III).

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

3. Interacționează cu clorul, carbonul și alte nemetale atunci când este încălzit:

2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3

(4) Fierul deplasează metalele din soluțiile de sare care se află în seria electrochimică de tensiuni la dreapta fierului:

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu

5. Se dizolvă în acizi sulfurici și clorhidri diluați cu evoluția hidrogenului:

Fe + 2 HCI \u003d FeCl 2 + H 2

Cerere:

Fierul este unul dintre cele mai utilizate metale, reprezentând până la 95% din producția metalurgică mondială.

1. Fierul este componenta principală a oțelurilor și fontelor - cele mai importante materiale structurale.

2. Fierul poate fi o parte a aliajelor pe bază de alte metale - de exemplu, nichel.

3. Oxidul de fier magnetic (magnetitul) este un material important în fabricarea dispozitivelor de memorie pe computer pe termen lung: hard disk-uri, dischete etc.

4. Pulberea de magnetită ultrafină este utilizată în multe imprimante laser alb-negru, amestecate cu granule de polimer ca toner. Folosește simultan culoarea neagră a magnetitei și capacitatea sa de a adera la rola de transfer magnetizată.

5. Proprietățile feromagnetice unice ale mai multor aliaje pe bază de fier contribuie la aplicarea lor largă în ingineria electrică pentru miezurile magnetice ale transformatoarelor și motoarelor electrice.

6. Clorura de fier (III) (clorură ferică) este utilizată în practica radio amatorilor pentru gravarea plăcilor cu circuite imprimate.

7. Sulfatul feros heptahidrat (sulfat feros) amestecat cu sulfat de cupru este utilizat pentru combaterea ciupercilor dăunătoare în horticultură și construcții.

8. Fierul este folosit ca anod în bateriile de fier-nichel, bateriile de fier-aer.

9. Soluțiile apoase de cloruri de fier feros și feric, precum și sulfații acestuia sunt utilizate ca coagulante în procesele de purificare a apelor naturale și reziduale la tratarea apei din întreprinderile industriale.

Aliaje.

Un aliaj este un material metalic macroscopic omogen constând dintr-un amestec de două sau mai multe elemente chimice cu predominanță de componente metalice.

Aliajele constau dintr-o bază (unul sau mai multe metale), aditivi mici introduși special în aliajul elementelor de aliere și modificare, precum și din impurități nedepărtate (naturale, tehnologice și accidentale).

Aliajele sunt unul dintre principalele materiale de construcție. Dintre acestea, cele mai importante sunt aliajele pe bază de fier și aluminiu. Peste 5 mii de aliaje sunt utilizate în tehnologie.

Tipuri de aliaje.

Conform metodei de fabricare a aliajelor, se disting aliaje turnate și pulbere. Aliajele turnate se obțin prin cristalizarea prin topire a componentelor mixte. Pulbere - prin presarea unui amestec de pulberi, urmată de sinterizare la o temperatură ridicată. Componentele unui aliaj de pulbere pot fi nu numai pulberi de substanțe simple, ci și pulberi de compuși chimici. De exemplu, principalele componente ale carburilor cimentate sunt carburile de tungsten sau titan.

Conform metodei de obținere a piesei de prelucrat (produs), există turnătorie (de exemplu, fontă, silumine), deformabile (de exemplu, oțel) și aliaje de pulbere.

În stare solidă de agregare, aliajul poate fi omogen (omogen, monofazat - constă din cristalite de același tip) și eterogen (neomogen, multifazic). O soluție solidă este baza aliajului (faza matricei). Compoziția de fază a unui aliaj eterogen depinde de compoziția sa chimică. Aliajul poate conține: soluții solide interstițiale, soluții solide de substituție, compuși chimici (inclusiv carburi, nitriți, intermetalici) și cristalite de substanțe simple.

Aliaje industriale.

Aliajele se disting prin scop: structural, instrument și special.

Aliajele sunt materiale care constau din mai multe elemente chimice, dintre care cel puțin unul este un metal.

În metalurgie, fierul și aliajele sale se numesc metale feroase.

Toate aliajele de fier sunt împărțite în oțel și fontă.

În forma sa pură, fierul este prea moale, astfel încât carbonul este introdus în el pentru a-și crește rezistența. În funcție de conținutul său, aliajele de fier sunt împărțite în oțel și fontă. Dacă aliajul conține mai mult de 2,14% carbon, atunci un astfel de aliaj se numește fontă, dacă este mai mic de 2,14%, atunci este oțel. Aliajele au proprietăți mai variate decât metalele; prin urmare, metalele pure sunt rareori folosite în industrie. În majoritatea cazurilor, aliajele sunt utilizate pentru fabricarea pieselor pentru diverse mașini și dispozitive. Aliajele sunt principalele materiale de construcție. Proprietățile lor sunt rezistența la căldură, rezistența la coroziune, rezistența, duritatea etc. determina utilizarea pe scară largă a aliajelor în tehnologie.

Aliajele prezintă proprietățile generale ale metalelor: luciu metalic, conductivitate electrică și termică ridicată. Dar proprietățile aliajelor diferă de cele ale componentelor lor. Duritatea aliajelor este mai mare decât duritatea metalelor din compoziția lor. Densitatea aliajului este egală cu densitatea medie a metalelor din compoziția sa. Punctul de topire al aliajului este de obicei mai mic decât punctul de topire al componentei cu cea mai mică topire.

Fontă.

Fonta este un aliaj de fier cu carbon care conține 2,14-6,67% carbon.

Fonta este un material ieftin pentru construcția de mașini, cu calități bune de turnare. Este o materie primă pentru topirea oțelului. Fierul brut se obține din minereu de fier folosind combustibil și fluxuri.

Producția de fontă brută este un proces chimic complex. Se compune din trei etape: reducerea fierului din oxizi, conversia fierului în fontă și zgură.

Proprietățile fontei depind în principal de conținutul de carbon și alte impurități din compoziția sa: siliciu (până la 4,3%), mangan (până la 2%), sulf (până la 0,07%) și fosfor (până la 1, 2%).

Carbonul este unul dintre elementele principale din fontă. În funcție de cantitatea și starea carbonului inclus în aliaj, se obțin anumite tipuri de fontă. Carbonul se combină cu fierul în două moduri: în fonta lichidă, carbonul este într-o stare dizolvată, iar în stare solidă, este legat chimic de fier sau sub formă de impurități mecanice sub formă de plăci mici de grafit.

Siliciul este cel mai important element din fontă după carbon, își mărește fluiditatea, îmbunătățește proprietățile de turnare și face fonta mai moale.

Manganul crește rezistența fontei.

Sulful din fontă este o impuritate dăunătoare care provoacă fragilitate roșie (crăpături în piesele turnate la cald). Înrăutățește fluiditatea fontei, făcând-o groasă, ca urmare a faptului că nu umple bine matrița.

Fosforul scade proprietățile mecanice ale fontei și provoacă fragilitate la rece (crăparea în piesele turnate la rece). În funcție de starea în care carbonul este în fontă, fonta este clasificată în alb (carbon în combinație chimică cu fier sub formă de cementită FeC) și gri (carbon liber sub formă de grafit).

Fonta albă este foarte dură și fragilă, dificil de turnat și dificil de manevrat cu un instrument de tăiere. De obicei, se topește în oțel sau se produce fier ductil și, prin urmare, se numește re-topire.

Fonta gri este cea mai utilizată pe scară largă în ingineria mecanică. Nu este foarte plastic și vâscos, dar poate fi ușor prelucrat prin tăiere, este folosit pentru piese neimportante și piese care funcționează pentru uzură. Fonta gri cu un conținut ridicat de fosfor (0,3-1,2%) este fluidă și este utilizată pentru turnarea artistică.

Fonta gri este marcată cu litere și două cifre, de exemplu, SCh 120-280. Literele SCh reprezintă fontă gri, primul număr este rezistența la tracțiune (în MPa) în timpul testului de tracțiune, iar al doilea număr este rezistența la tracțiune (de asemenea, în MPa) în timpul testului de îndoire.

În funcție de compoziția chimică și scopul, fontele sunt împărțite în aliaje, speciale sau feroaliaje, fontă maleabilă și de înaltă rezistență.

Fonta aliată, împreună cu impuritățile obișnuite, conține elemente: crom, nichel, titan etc. Aceste elemente îmbunătățesc duritatea, rezistența și rezistența la uzură. Distingeți între fontele de crom, titan, nichel. Acestea sunt utilizate pentru fabricarea pieselor de mașini cu proprietăți mecanice îmbunătățite, care funcționează în soluții apoase, în medii gazoase și alte medii corozive.

Fonta specială sau feroaliage are un conținut ridicat de siliciu sau mangan. Include feromanganul care conține până la 25% mangan și ferosiliciul care conține 9-13% siliciu și 15-25% mangan. Aceste fonte sunt folosite pentru a topi oțelul pentru a-l dezoxida, adică pentru a îndepărta o impuritate dăunătoare din oțel - oxigen.

Fonta maleabilă se obține prin tratament termic din fontă albă. Și-a luat numele din plasticitatea și rezistența crescută (deși nu este supus tratamentului sub presiune). Fierul ductil a crescut rezistența la tracțiune și rezistența ridicată la impact. Părțile de forme complexe sunt realizate din fontă maleabilă: carcase ale osiei spate a mașinilor, plăcuțe de frână, tee, coate etc.

Fonta maleabilă este marcată cu două litere și două numere, de exemplu KCH 370-12. Literele KCH înseamnă fontă maleabilă, primul număr este rezistența la tracțiune (în MPa) la rupere, al doilea număr este alungirea relativă (în procente), care caracterizează ductilitatea fontei.

Oţel.

Un aliaj de fier cu carbon, în care carbonul conține nu mai mult de 2,14%, se numește oțel.

În funcție de compoziția lor chimică, se disting oțelul carbon și oțelul aliat.

Oțelul carbon, pe lângă carbon, conține impurități de siliciu, sulf și fosfor. Acest oțel are proprietăți electrice scăzute și rezistență redusă. Își pierde duritatea și capacitatea de tăiere chiar și la 200 ° C. În plus, se corodează în medii agresive.

Pentru a îmbunătăți proprietățile fizice și chimice ale oțelului, se adaugă elemente care sunt numite elemente de aliere. Și oțelul în sine este numit aliat. În procesul de aliere, se adaugă la oțel tungsten, crom, nichel, molibden, vanadiu, precum și o cantitate mare de mangan și siliciu. Astfel, manganul crește duritatea și rezistența oțelului. Cuprul face ca oțelul să fie rezistent la coroziune. Nichelul și cromul cresc rezistența. Oțelul aliat nu are dezavantajele oțelului carbon.

Conform conținutului cantitativ de aditivi, oțelul aliat este împărțit în trei grupe: slab aliat, mediu aliat și înalt aliat. Oțelul slab aliat conține nu mai mult de 2,5% aditivi. Aliat mediu - de la 2,5 la 10%. Iar compoziția oțelului aliat înalt conține mai mult de 10% din aditivi. Oțelurile foarte aliate sunt diferențiate în oțeluri inoxidabile, oțeluri rezistente la căldură și oțeluri rezistente la căldură.

În zorii metalurgiei, oțelul era obținut din minereu de fier în forjele de topire. Dar s-a dovedit că este mult mai ușor și mai ieftin să obții oțel din fontă. Prin urmare, în metalurgia modernă, fonta brută este retopită în cuptoarele de oțel pentru a arde excesul de hidrogen din aceasta. Și obțineți oțel de înaltă calitate.

Oțelul este un material rezistent și ductil. Este utilizat în structurile metalice ale clădirilor, podurilor, în suporturile liniilor electrice, conductelor, rezervoarelor, la fabricarea armăturilor, a vaselor și a diverselor echipamente electrice. Este imposibil să ne imaginăm construcția navală, automobile, construcția de aeronave și multe alte ramuri ale industriei moderne fără oțel.

Se disting mai multe stări structurale. Dacă conținutul de carbon este în intervalul 0,025-0,8%, atunci aceste oțeluri sunt numite hipoeutectoid și au în structura lor perlită și ferită. Dacă oțelul este hipereutectoid, atunci se pot observa faze de perlită și cementită. O caracteristică a structurii de ferită este ductilitatea sa ridicată. Cementita are o duritate considerabilă. Pearlita este formată din ambele faze anterioare. Poate avea o formă granulară (incluziunile de cementită sunt situate de-a lungul boabelor de ferită, care au o formă rotundă) și lamelare (ambele faze au forma unor plăci). Dacă oțelul este încălzit peste temperatura la care apar modificări polimorfe, atunci structura se transformă în austenitic. Această fază a sporit plasticitatea. Dacă conținutul de carbon depășește 2,14%, atunci astfel de materiale și aliaje se numesc fonte.

Tipuri de oțel.

În funcție de compoziție, oțelul poate fi carbon și aliat. Conținutul de carbon mai mic de 0,25% caracterizează oțelul cu conținut scăzut de carbon. Dacă cantitatea sa ajunge la 0,55%, atunci putem vorbi despre un aliaj de carbon mediu. Oțelul care conține peste 0,6% carbon se numește oțel cu conținut ridicat de carbon. Dacă, în modul în care este fabricat aliajul, tehnologia implică introducerea unor elemente chimice specifice, atunci acest oțel se numește aliat. Introducerea diferitelor componente îi modifică semnificativ proprietățile. Dacă numărul lor nu depășește 4%, atunci aliajul este slab aliat. Oțelul cu aliaj mediu și cu aliaj înalt are până la 11% și, respectiv, mai mult de 12% incluziuni. În funcție de zona în care sunt utilizate aliajele de oțel, se disting următoarele tipuri: unelte, oțeluri și aliaje structurale și speciale.

Tehnologie de fabricație: Procesul de topire a oțelului este destul de laborios. Include mai multe etape. În primul rând, aveți nevoie de materii prime - minereu de fier. Prima etapă implică încălzirea la o anumită temperatură. În acest caz, apar procese oxidative. În a doua etapă, temperatura devine mult mai ridicată. Procesele de oxidare a carbonului sunt mai intense. Este posibilă îmbogățirea suplimentară a aliajului cu oxigen. Impuritățile inutile sunt îndepărtate în zgură. Următorul pas este eliminarea oxigenului din oțel, deoarece reduce semnificativ proprietățile mecanice. Acest lucru se poate face într-o manieră de difuzie sau precipitare. Dacă procesul de dezoxidare nu are loc, atunci oțelul rezultat se numește fierbere. Aliajul calm nu emite gaze, oxigenul este îndepărtat complet. O poziție intermediară este ocupată de oțeluri semi-calme. Aliajele de fier sunt produse în cuptoare cu vatră deschisă, cuptoare cu inducție și convertoare de oxigen.

Alierea oțelului: pentru a obține anumite proprietăți ale oțelului, substanțele speciale de aliere sunt introduse în compoziția sa. Principalele avantaje ale unui astfel de aliaj sunt rezistența crescută la diferite deformări, fiabilitatea pieselor și a altor elemente structurale crește semnificativ. Stingerea reduce procentul de fisuri și alte defecte. Adesea, această metodă de saturație cu diferite elemente este utilizată pentru a conferi rezistență la coroziunea chimică. Există însă și o serie de dezavantaje. Acestea necesită prelucrări suplimentare, există o mare probabilitate de fulgi. În plus, costul materialului crește, de asemenea. Cele mai comune elemente de aliere sunt cromul, nichelul, tungstenul, molibdenul, cobaltul. Suprafața de aplicare a acestora este destul de mare. Aceasta este inginerie mecanică și fabricarea de piese pentru conducte, centrale electrice, aviație și multe altele.

Conceptul de rezistență la căldură și rezistență la căldură. Conceptul de rezistență la căldură înseamnă capacitatea unui metal sau aliaj de a-și păstra toate caracteristicile atunci când funcționează la temperaturi ridicate. Coroziunea gazelor este frecventă în acest mediu. Prin urmare, materialul trebuie să fie, de asemenea, rezistent la acțiunea sa, adică trebuie să fie rezistent la căldură. Astfel, caracterizarea aliajelor care sunt utilizate la temperaturi semnificative ar trebui să includă ambele concepte. Abia atunci aceste oțeluri vor furniza resursa necesară de lucru pentru piese, scule și alte elemente structurale.

Caracteristici din oțel rezistent la căldură. În cazurile în care temperatura atinge valori ridicate, este necesar să se utilizeze aliaje care nu se vor rupe și să cedeze la deformare. În acest caz, sunt utilizate aliaje rezistente la căldură. Temperatura de lucru pentru astfel de materiale este peste 500 ° C. Punctele importante care caracterizează astfel de oțeluri sunt o limită de rezistență ridicată, ductilitate care durează mult timp și stabilitate de relaxare. Există o serie de elemente care pot crește semnificativ rezistența la temperaturi ridicate: cobalt, tungsten, molibden. Chrome este, de asemenea, o componentă obligatorie. Nu afectează atât de mult rezistența, deoarece crește rezistența la scară. De asemenea, cromul previne procesele corozive. O altă caracteristică importantă a aliajelor de acest tip este fluarea lentă.

Nichelul are o serie de proprietăți benefice. Are un efect pozitiv asupra prelucrabilității oțelului (atât la cald, cât și la rece). Dacă o piesă sau unealtă este proiectată să funcționeze într-un mediu agresiv, atunci aliajul cu acest element crește semnificativ rezistența la coroziune. Materialele rezistente la căldură pe bază de nichel sunt împărțite în următoarele grupe: rezistente la căldură și rezistente la căldură adecvate. Acesta din urmă ar trebui să aibă, de asemenea, caracteristici minime rezistente la căldură. Temperaturile de funcționare ajung la 1200 ° C. În plus, se introduce crom sau titan. În mod caracteristic, oțelurile aliate cu nichel au o cantitate mică de impurități, cum ar fi bariu, magneziu, bor, astfel încât limitele granulelor sunt mai întărite. Aliajele rezistente la căldură de acest tip sunt produse sub formă de forje și produse laminate. Turnarea pieselor este, de asemenea, posibilă. Domeniul lor principal de aplicare este fabricarea de elemente pentru turbine cu gaz. Aliajele pe bază de nichel rezistente la căldură conțin până la 30% crom. Se împrumută bine la ștanțare și sudare. În plus, rezistența la scară este la nivel inalt... Acest lucru face posibilă utilizarea acestora în sistemele de conducte de gaz.

Domeniul de aplicare al aliajelor speciale. Există multe industrii în care sunt utilizate aliaje cu caracteristici speciale. Datorită calităților lor îmbunătățite, sunt indispensabile în ingineria mecanică, construcții și industria petrolieră. Aliajele rezistente la căldură și rezistente la căldură sunt utilizate la fabricarea pieselor de turbină și a pieselor de schimb pentru mașini. Oțelurile care au caracteristici anticorozive ridicate sunt indispensabile pentru producția de țevi, ace de carburator, discuri și toate tipurile de elemente industria chimica... Șine pentru cale ferată, găleți, șine pentru transport - baza pentru toate acestea este oțelurile rezistente la uzură. În producția în masă de șuruburi, piulițe și alte piese similare, se utilizează aliaje automate. Arcurile trebuie să fie suficient de rezistente și durabile. Prin urmare, materialul pentru ei este oțelul cu arc. Pentru a îmbunătăți această calitate, acestea sunt aliate suplimentar cu crom și molibden. Toate aliajele și oțelurile speciale cu un set de caracteristici specifice pot reduce costul pieselor în care au fost utilizate anterior metale neferoase.

concluzie

Acest proiect mi-a permis să explorez informatii suplimentare despre metale, în special despre fier: proprietățile sale, compuși fizici și chimici, compuși naturali, metode de producție și utilizare, precum și pentru studierea aliajelor pe bază de fier: fontă și oțel: compoziția lor, structura, clasificarea, aplicațiile, din moment ce Timp de mulți ani, omenirea va folosi metale și aliajele lor, care continuă să joace un rol de lider în dezvoltarea tuturor sectoarelor economiei naționale.