9

Металлы и сплавы

Металлами называют непрозрачные кристаллические вещества, обладающие прочностью, пластичностью, тепло- и электропроводностью, металлическим блеском. В нормальных условиях они являются твердыми веществами, исключая ртуть, температура плавления которой минус 39^о С.

Металлы делятся на черные (железо и его сплавы) и цветные.

Сплавы – материалы, которые образуются из расплавов 2-х или нескольких компонентов. Металлические сплавы могут состоять либо только из металлов, либо из металлов с небольшим содержанием неметаллов.

Черные металлы и сплавы.

Железо. Химический символ – Fe, номер в периодической системе – 26, атомная масса – 55,847, плотность 7,874 г/см³ , температура плавления 1539^о .

Железо занимает 2-е место по содержанию в земной коре.

Оно представляет собой серебристо – белый металл, обладающий ферромагнитными свойствами до t^о 769^о С.

Важным свойством железа является его способность растворять другие элементы, образуя сплавы, что используется при получении некоторых цветных металлов.

Железо применяется в виде чугуна и сталей.

Традиционный процесс получения этих сплавов состоит из этапов:

Руды (магнетиты, титаномагнетиты, гематиты и проч.)

Чугун (варка в доменных печах , кокс топливо и восстановитель)

Сталь (варка в мартеновских печах, конверторах или электропечах, где шихта расплавляется, снижается содержание углерода, кремния, марганца, серы и фосфора, вводятся легирующие добавки)

Прямое получение железа представляет собой восстановление из руд или концентратов углеродом или оксидом углерода. При температуре ниже жидкой фазы получают губчатое железо – пористые куски или порошок из железа с растворенным в нем углеродом и примесями пустой породы. Губчатое железо используется для выплавки стали и в порошковой металлургии.

Чугун содержит от 2,14 до 6,67% углерода (обычно 3-4,5%), а также марганец (до 1,5%), кремний (до 4,5%), серу (не более 0,08%) и фосфор (до 1,8%). Сера и фосфор снижают механическую прочность и повышают хрупкость сплавов, поэтому являются вредными примесями.

Чугуны классифицируют:

1. По составу:

1.1. белый (содержит углерод в виде цементита – химического соединения с железом, имеет белый цвет),

1.2. серый (углерод в нем представлен пластинками графита, что определяет цвет чугуна). Маркируют его СЧ.

2. По назначению:

2.1. передельный, предназначен для переработки в сталь, его марки обозначают буквой П (ПЛ – для литейного производства, ПФ – фтористый, ПВК – высококачественный),

2.2. литейный, используемый для изготовления изделий, выпускается марок Л1 – Л6, ЛР1 – ЛР6,

2.3. специальный, который подразделяется на:

2.3.1. доменные ферросплавы, используемые для раскисления и легирования стали. Применяются ферросилиций , ферромарганец, ферроникель и др. Зеркальный чугун (шпигель) содержит от 6 до 30% марганца и имеет зеркальный блеск. Применяется в производстве стали,

2.3.2. высокопрочный чугун содержит присадки марганца, сальция, цезия и др., шаровидную форму графита, повышенную прочность. Применяется вместо стали при изготовлении коленчатых валов, зубчатых колес, задних мостов автомобилей и проч.,

2.3.3. легированный чугун получают введением легирующих добавок – хрома, никеля, титана, молибдена и др. В зависимости от состава и свойств он может быть:

2.3.3.1. жаростойкий,

2.3.3.2. износостойкий,

2.3.3.3. антифрикционный (устойчивый к трению),

2.3.3.4. ковкий – марка КЧ.

Сталь содержит до 2,14% углерода, а также другие компоненты.

Классифицируют сталь по признакам:

1. По способу получения

   1. мартеновская,

   2. конверторная,

   3. бессемеровская,

   4. электросталь.

2. По степени раскисления (рафинирования). При раскислении удаляется кислород в виде оксидов элементов (шлаки и газы). Восстановителями в этом процессе являются углерод, кремний и марганец, применяемые в виде ферросплавов

   1. кипящая – малораскисленная, содержит большое количество кислорода и продолжает кипеть после разлива. Такая сталь имеет большой выход, малые плотность и прочность, высокую пластичность (содержит мало кремния). Применяется для изготовления хозяйственных товаров,

   2. полуспокойная,

   3. спокойная – сильнораскисленная, при разливе не кипит, выход ее меньше, качество выше. Применяется для ответственных деталей и конструкций.

3. По химическому составу:

   1. углеродистая содержит до 1% марганца, до 0,4% кремния, а также серу и фосфор. В зависимости от содержания углерода может быть:

      1. низкоуглеродистая (до 0,25% углерода),

      2. среднеуглеродистая (0,25-0,7%),

      3. высокоуглеродистая (0,7-2,14%).

С увеличением содержания углерода повышается твердость, снижается пластичность стали.

1. легированная – содержит легирующие добавки – хром, никель, титан, ванадий и др. По содержанию легирующих добавок бывает:

   1. низколегированная (2,5-5%),

   2. среднелегированная (5_10%),

   3. высоколегированная (более 10%).

1. По качеству (содержанию серы и фосфора):

   1. обыкновенного качества (сера – 0,05%, фосфор 0,045%),

   2. качественная ( серы и фосфора менее 0,04%),

   3. высококачественная (серы и фосфора менее 0,035%),

   4. особовысококачественная (серы не более 0,015%, фосфора до 0,025%)

2. По назначению:

   1. конструкционная (углерода до 0,7%) пластичная, используется для изготовления деталей штамповкой и вытяжкой (посуда, корпуса машин, бытовой техники),

   2. инструментальная (углерода свыше 0,7%) применяется для изготовления обрабатывающих и прочих инструментов, метизов,

   3. специальная, включает нержавеющую, жаропрочную, кислотостойкую стали.