Hvad kaldes jernbaserede legeringer? Jern og dets legeringer. Jernmodifikationer

Artiklens indhold

SORTE METALLER, jern og dets legeringer, de vigtigste strukturelle materialer i teknologi og industriel produktion. Legeringer af jern og kulstof, kaldet stål, bruges til at fremstille næsten alle strukturer i maskinteknik og tung industri. biler, lastbiler, maskiner, jernbaner, skrog og fremdrivningssystemer af skibe - alt dette er hovedsageligt lavet af stål. Omfanget af stålproduktion er et af de vigtigste kendetegn ved statens generelle tekniske og økonomiske udviklingsniveau. Stål udgør omkring 95% af alle metalprodukter.

når temperaturen af den faldende blanding af malm og koks når 600–700 ° C. Som følge heraf dannes der fast, men porøst jernsvamp, som derefter smeltes i den nederste, varmere del af højovnen (smedje).

Hvis en højovn kunne lades med ren jernoxid og kulstof og renses med ren oxygen, så ville højovnens termokemi blive reduceret til de simple ligninger skrevet ovenfor. Faktisk indeholder luften, der blæses ind, mere nitrogen end ilt, og malmen kan indeholde over 50 % golde mineraler (bande), hovedsageligt silikater. Nitrogen passerer gennem ovnen uden at reagere, men med silikater er situationen mere kompliceret. For at kunne skille silikaterne fra jernet og fjerne dem fra ovnen, skal de være flydende. Silikater indeholdt i jernmalm danner smeltet slagge, når de reagerer med kalk CaO. For at gøre dette fyldes kalksten CaCO 3 i ovnen sammen med malmen i det nødvendige forhold. Kalksten, eller "flux", nedbrydes i toppen af ovnen i henhold til reaktionen

dannelse af kalk nødvendig for at omdanne silikaturenheder fra jernmalm til flydende slagger. En højovn producerer næsten lige så meget slagger som råjern. Efterhånden som slaggen hærder, bliver den til et mørkt, glasagtigt materiale, der tidligere har ophobet sig i store slaggedepoter nær stålforarbejdningsanlæg. I dag bruges slagger til fremstilling af tilslag til beton, jernbaneballast, slaggeuld og anti-skridbelægning til motorveje.

Af ovenstående følger de grundlæggende krav til design af en højovn. Den skal sørge for kontinuerlig belastning af brændstof, malm og flux ovenfra, kontinuerlig tilførsel af luft og periodisk fjernelse af flydende produkter nedefra. Ovnen skal være høj nok til at tillade de nødvendige kemiske reaktioner. Luft blæses ind i ovnen gennem blænder placeret i dens nederste del og stiger opad gennem ladningen. Det reducerede jernsvamp og slagger smeltes på skulderniveau, i den bredeste del af ovnen, og væsken samler sig i smedjen, under blænderne. I smedjen bliver der periodisk udstanset et hanehul forseglet med ler for at frigive metal og (lidt højere) et slaggehanehul.

Reduktionen af jernoxid til jernsvamp og nedbrydningen af kalkstensflux sker i skakten - hoveddelen af højovnen - under processen med langsom bundfældning af ladningen. Ladningen begynder at varme op i toppen - den øverste ende af skaftet. Kuldioxid og nitrogen udledes kontinuerligt gennem en bred aftrækskanal fra toppen. Da gastrykket i ovnen under normal drift af en højovn er højere end det atmosfæriske tryk, kan den øverste ende af ovnen ikke blot åbnes for læsning, ellers vil gastrykket falde, og finformede komponenter af ladningen vil blive blæst ud. af ovnen. For at forhindre dette er der tilvejebragt en dobbelt-konus slusefyldningsanordning. Den nederste kegle hæves, så den tæt dækker læssehullet, og derefter sænkes den øverste til lastning. Herefter hæves den øverste kegle igen, forsegler indgangen til ovnen, og efter at have sænket den nederste ledes en del af ladningen (colosh) ind i aftrækket.

En moderne højovn er en stor struktur. Højden af en ovn, der producerer 1000 tons råjern om dagen, er ca. 30 m, og diameteren på skulderniveau er ca. 8 m. Brændeovnen monteres på betonfundament, hvorpå det ildfaste murværk er frilagt i en stålkappe. Nederste del Dette design er afkølet af vand.

Uanset hvor imponerende højovnens størrelse er, er den i sig selv kun en lille del af jernsmelteren. For hende Normal drift Vi har også brug for en adskillelse af ladningsmaterialer, løfteanordninger til lastning af ovnen, pumper til luftforsyning (blæsning) og luftvarmere (coupere), slaggebærere og et støberi eller modtagesystem til smeltet metal. Bæltetransportører bruges nogle gange til at læsse højovne, men oftere tilføres malm, brændsel og flussmiddel med skiphejse - små fartøjer (skip), der bevæger sig på hjul langs skrå skinner fra de nederste påfyldningstragte til den øverste læsseplatform, hvor de automatisk befinder sig. væltede og lossede i et modtagetragtpåfyldningsapparat.

Effektiviteten af en højovn øges markant ved brug af varmblæsning. Luften, der tilføres blæserne, forvarmes til en temperatur, der kan nå 1000° C. Opvarmningen udføres i cowpers, som hver især ikke er meget mindre i størrelse end selve højovnen. Cowperen er et lodret cylindrisk stålhus med en indvendig "skaktern" dyse lavet af ildfaste mursten.

Gassen, der udledes fra den øverste ende af en højovn, indeholder kulilte og andre gasser, der kan brænde. Denne gas tilføres gennem brede skrå gaskanaler til den nederste del af cowperen, hvor den efter passage gennem et støvfilter brændes i forbrændingskammeret. Forbrændingsprodukter stiger opad og opvarmer murstensdysen. Når dysen er tilstrækkeligt opvarmet, afbrydes tilførslen af brændstof og gas til forbrændingskammeret, og blæserne tændes, som driver luft gennem cowperen ind i højovnsdyserne. For hver højovn leveres normalt fire cowpers: to opvarmes, og de to andre leverer varmblæsning. Gas- og luftstrømmene skiftes med jævne mellemrum, således at indstillet temperatur blæser.

Der er en række måder at forbedre effektiviteten af en højovn yderligere på. En af dem arbejder under pres indre gasser 2 gange det atmosfæriske tryk. Dette forbedrer produktiviteten med cirka 15 % og reducerer koksforbruget med cirka 10 %. De økonomiske fordele ved øget produktivitet opvejes i nogen grad af omkostningerne til større blæserudstyr og den mulige reduktion i det ildfaste murværks levetid.

Når smeltning frigives fra en højovn, strømmer slaggen ud af dens hanehul, og metal strømmer ud af dens hanehul placeret nedenfor. Tidligere blev slagger hældt i slaggevogne - store spande på jernbanevogne - der førte den ikke-størknede slagge til lossepladser. I vore dage føres slaggen normalt til et forarbejdningsanlæg, der ligger ved siden af højovnen, hvor den afkøles med vand og granuleres, hvorefter den bruges som tilslag til beton mv.

Det flydende metal, der strømmede fra hanehullet, blev ført gennem tagrender forberedt i en sand "seng" foran ovnen. Fra tagrenderne spredte den sig langs aflange sidefordybninger i sandet, hvor den hærdede i form af barrer kaldet ingots (på grund af deres lighed med talrige pattegrise, der dier en so). Selvom sandstøbning ikke længere bruges, kaldes det metal, der smeltes i højovne, stadig for råjern (begrebet "bajonet"-støbejern bruges også). I dag, hvor der kræves råjern, hældes det smeltede metal i stålforme, der konstant bevæger sig foran højovnen på et transportbånd. Når metallet hærder, vendes formene og frigøres fra grisene, returneres til næste støbning. For at forhindre, at støbejern klæber til formene, er de belagt med stenkulstjære eller kalk.

Støbejern.

Legeringen af jern, kulstof og silicium smeltet i en højovn har et smeltepunkt på ca. 1150° C. I smeltet tilstand fylder støbejern nemt støbeforme af enhver konfiguration. Derfor er den meget velegnet til at lave mange typer produkter.

De vigtigste produktionsmidler i et jernstøberi er smelteovnen, produktmodeller og støbematerialer. Fra smelteovne Den nemmeste måde er kupolovn, dvs. en lille ovn af skakttypen foret med ildfaste mursten. I dens nederste del er der blænder, og i den øvre del er der en skorsten til udstødningsgasser. Brændstof og støbejern fyldes gennem sidehullet, ovnen antændes og blæseren tændes. Det smeltede støbejern opsamles på en ildstedsplade og frigives gennem et hanehul efter behov. I større jernstøberier smeltes råjern i efterklangsovne.

For at få støbegods god kvalitet der er ikke behov for meget komplekst udstyr. Det første trin er at lave en model af produktet. Modellen er lavet af træ af en erfaren modelmager, hvilket giver mulighed for støbejerns krympning under hærdning. Støbeforme til støbegods er lavet af en støbeblanding (ler og sand), som er klæbrig, men porøs. Modellen er placeret inde i en delt ramme bestående af "flasker", og kolberne er fyldt med støbesand. Derefter skilles kolberne ad, og modellen fjernes. Når de sættes sammen igen, skaber formsandet et formhulrum, der præcist matcher modellen. Tilbage er kun at lave indløbshuller og kanaler, hvorigennem flydende støbejern kan strømme ind i støbeformens hulrum.

Når den er tør, er formen klar til udhældning. Hvis hældningen går godt, så fylder det flydende støbejern alle hulrummene i formen og efterlader ingen luftbobler. Når støbejernet hærder, bliver støbningen "strippet", hvilket knækker formen. I mange tilfælde, for at "færdiggøre" produktet, er det nok at udjævne de ujævne kanter af støbningen ved slibning.

Råjern, der oftest bruges til støbning, kaldes gråt støbejern, fordi dets overflade ser grå ud, endda sodet, når den er knækket. Dette udseende forklares af det høje kulstofindhold (ca. 4%), der findes i jern i form af grafitflager. Grått støbejern er flydende, har et lavt smeltepunkt og optager desuden vibrationsenergi godt – en støbejernsklokke ringer ikke. Takket være dette er støbejern velegnet til fremstilling af klaverstel, valseværksleje, drejebænke, fræsning og andre maskiner. Et meget almindeligt produkt lavet af gråt støbejern er cylinderblok af en bilmotor; Støbejern til denne applikation er godt, fordi det er billigt og nemt kan hældes i forme med komplekse konfigurationer.

Selvom gråt støbejern er stærkt, er det skørt og knækker let, når det udsættes for et skarpt stød. Derfor bruges der ofte i stedet for formbart støbejern. Smidbart støbejern fremstilles i to trin. Først laves en støbning af hvidt støbejern med et relativt lavt kulstof- og siliciumindhold. Sådant støbejern er meget skrøbeligt, men efter højtemperaturudglødning i 24 timer øges dets duktilitet betydeligt. Stigningen i duktilitet skyldes den omfordeling af kulstof i metallet, der opstår under udglødning. I hvidt støbejern er kulstof indeholdt i form af jerncarbid Fe 3 C. Under udglødningsprocessen nedbrydes karbiden til jern og grafit. Denne grafit har form af små sfæriske indeslutninger, som, idet de er adskilt fra hinanden, næsten ikke reducerer duktiliteten af den omgivende jernmatrix. Duktilt jern bruges til fremstilling af rørfittings og jernbaneudstyr.

STÅL

Oprindeligt blev højovne bygget hovedsageligt til smeltning af støbejern. Senere blev der fundet måder at forarbejde støbejern til smedejern, og højovnsmetal blev udgangsmaterialet for sådant jern. Med udviklingen af storskala, billig stålproduktion baseret på Bessemer- og Siemens-processerne, blev det økonomisk muligt at omdanne højovnsråjern til stål. I øjeblikket bruges næsten alt støbejern fra højovne til denne proces. Stål er et særligt værdifuldt konstruktionsmateriale, der kan formes til stort set enhver form ved valsning, stempling, presning, støbning eller bearbejdning. Ved legering og varmebehandling er det muligt at opnå stål med en lang række fysiske og kemiske egenskaber. Nogle stål er for eksempel så bløde, at de kan bearbejdes med simpelt håndværktøj, mens andre er så hårde, at de tillader at skære glas.

STÅLPRODUKTIONSPROCESSER

Ved omdannelse af støbejern smeltet i en højovn til stål fjernes næsten alt kulstof og alt silicium fra det ved oxidation. Mangan, nikkel eller krom kan tilsættes som legeringselementer. I øjeblikket er den vigtigste metode til forarbejdning af råjern smeltet i en højovn blevet til oxygen-konverteringsprocessen, selv om den åbne ildproces stadig bruges nogle steder.

Et vigtigt træk ved stålproduktionen er den relative lette genbrug. Både iltkonverteren og den åbne ovn kan arbejde med en stor procentdel af stålskrot (skrot), og elovnen kan arbejde med kun skrot. Dette er især vigtigt i disse dage, hvor problemet med bortskaffelse af affald er blevet mere akut.

Omkostningerne ved genbrug afhænger i høj grad af kvaliteten af metalskrotet. Metalskrot, der indeholder tin eller kobber, er uønsket i stålproduktion, fordi disse vanskelige at fjerne metaller forringer stålets mekaniske egenskaber. Den største værdi er stort metalskrot, hvis oprindelse er kendt. Nogle mængder af sådant skrot kommer fra metalbearbejdningsanlæg, og endnu mere - efter at have demonteret forældet fabriks- og jernbaneudstyr og skåret hav- og flodfartøjer til skrot. Skrot i form af brugte biler og madcontainere er mindre værd, da det højst sandsynligt indeholder kobber og tin.

Legeringselementer tilsættes normalt stål i form af ferrolegeringer. Ferrolegeringer indeholder betydelige mængder jern, som tjener som bærer af legeringselementer. De vigtigste ferrolegeringer omfatter ferromangan (såsom spejl eller spejlstøbejern), der er nødvendige for alle stål; ferrosilicium, bruges til at fremstille stål med specielle magnetiske egenskaber og til deoxidation af stål smeltet i elektriske ovne; ferrochrom og ferrovanadium. Nikkel tilsættes som rent metal.

Konverteringsproces.

I første halvdel af det 20. århundrede. Den oprindelige Bessemer-proces mistede gradvist sin tidligere betydning. Faktum er, at den varme, der frigives i Bessemer-konverteren, ikke er nok til at smelte metalskrot - et billigere råmateriale end varmt metal fra en højovn. Den hurtige smeltning i Bessemer-konverteren gjorde det umuligt at analysere stålet og justere dets sammensætning i overensstemmelse med specifikationerne. Åben ild-processen giver mulighed for en betydelig procentdel af metalskrot i ovnbelastningen, og reaktionerne i den forløber langsomt nok til, at det er muligt at udføre analyser under smeltningsprocessen og korrigere sammensætningen, før metallet frigives.

Men i 1950'erne kom konverterstålfremstillingsprocessen tilbage til live og i løbet af de næste 35 år erstattede den åbne ildproces fuldstændigt, da teknologien blev udviklet til at producere billig, ren ilt, hvilket tillod omdannelsen fra luft til iltblæsning i konverteren. Ifølge denne teknologi produceres ilt i mængder målt i tons ved fraktioneret destillation af flydende luft; stålproduktion kræver ilt med en renhed på 99,5%.

Luft er 80 % nitrogen, og nitrogen er en inert gas, der ikke deltager i reaktionerne ved konverterstålfremstilling. I Bessemer-konverteren blæses der således en stor mængde ubrugelig gas gennem det smeltede metal. Men det er ikke nok - en del af nitrogenet opløses i stålet. Den efterfølgende frigivelse af opløst nitrogen i form af nitrider kan føre til post-deformation aldring - et gradvist fald i duktilitet, hvilket fører til vanskeligheder under trykbehandling. Denne form for vanskeligheder forsvinder, hvis metallet i konverteren ikke blæses med luft, men med ren ilt. Men en simpel overgang fra luft til ilt i en Bessemer-konverter er uacceptabel, da konverteren hurtigt vil svigte på grund af den stærke opvarmning af blæserne. Dette problem blev løst som følger: oxygenblæsning tilføres overfladen af smeltet støbejern gennem et vandkølet rør. I 1952 blev en 35-tons konverter af denne type med succes lanceret i den østrigske by Linz på VOEST-fabrikken. Denne teknologi, kaldet LD-processen (et akronym for Linz og R. Durrer, en ingeniør hos virksomheden), blev senere udviklet til oxygenkonverter-processen. Den hurtige oxidationsreaktion i konverterladningen, kendetegnet ved et lavt forhold mellem overfladeareal og volumen, minimerer varmetabet og tillader op til 40% metalskrot at blive introduceret i ladningen. Iltkonverteren kan producere 200 tons stål hvert 45. minut, hvilket er 4 gange produktiviteten i en åben ovn.

Top-purge oxygen-konverteren er en pæreformet beholder (med en åben, smal tophals) med en diameter på ca. 6 m og højde ca. 10 m, beklædt indefra med magnesia (hoved) mursten. Denne foring kan modstå cirka 1500 varme. Konverteren er udstyret med sidestifter fastgjort i støtteringe, som gør det muligt at vippe den. I konverterens lodrette position er dens hals placeret under udstødningshætten på røgudstødningsovnen. Et sideudløb på den ene side gør, at metallet kan adskilles fra slaggen, når det drænes. I en konverterbutik er der normalt en læsseplads ved siden af konverteren. Flydende råjern fra højovnen transporteres hertil i en stor øse, og metalskrot opsamles i stålspande til lastning. Alt dette råmateriale overføres til konverteren med en traverskran. På den anden side af konverteren er der en støbebugt, hvor der er en modtageske til smeltet stål og jernbanevogne til at transportere det til støbestedet.

Inden oxygen-konverter-processen begynder, vippes konverteren mod læssepladsen, og metalskrot hældes gennem halsen. Flydende metal fra højovnen indeholdende ca. 4,5 % kulstof og 1,5 % silicium hældes derefter i konverteren. Metallet afsvovles først i en øse. Konverteren føres tilbage til lodret position, en vandkølet lanse indføres ovenfra og ilttilførslen tændes. Kulstof i støbejern oxideres til CO eller CO 2, og silicium oxideres til dioxid SiO 2. Kalk tilsættes langs "choken" (fyldebakken) for at danne slagge med siliciumdioxid. Op til 90 % af siliciumet i støbejern fjernes med slaggen. Nitrogenindholdet i det færdige stål er stærkt reduceret på grund af CO2-udskylningen. Efter ca. 25 minutter stopper blæsningen, konverteren vippes lidt, en prøve udtages og analyseres. Hvis justeringer er nødvendige, kan du sætte konverteren tilbage til lodret position igen og indsætte en iltlanse i halsen. Hvis sammensætningen og temperaturen af smelten opfylder specifikationerne, så vippes konverteren mod støbebugten, og stålet drænes gennem udløbet.

Ud over ilt-konverter-processen med toprensning er der en ilt-konverter-proces med tilførsel af ilt i en brændstofstrøm gennem bunden af konverteren. Tuyerne i bunden af konverteren er beskyttet ved samtidig blæsning naturgas. Denne proces er hurtigere og mere produktiv end top-blow-processen, men mindre effektiv til at smelte skrot. Bundblæsning kan dog kombineres med topblæsning.

Åben ildovn.

Som allerede nævnt anvendes stålfremstilling med åben ild stadig i en række lande, selvom den gradvist er ved at blive erstattet af oxygen-konverter-processen. En åben ildovn rummer typisk 500 tons stål. Den har en bred, lavvandet undergulv og en lav buet hvælving, der reflekterer varme mod undergulvet. Gas og luft indføres fra den ene ende og brændes over ildstedet. Jo lavere kulstofindhold, jo højere smeltepunkt. For at opnå den temperatur, hvor stål med et minimum af kulstofindhold smelter, anvendes princippet om varmegenvinding. I begge ender af ovnen er der regenereringskamre med samme murstenspakning som i højovns-kobberne. Forbrændingsprodukter ledes gennem et af disse kamre. Når foringen er tilstrækkeligt opvarmet, vendes strømningsretningen gennem ovnen. Den indkommende luft og gas absorberer varme fra dysens mursten, og udstødningsgasserne opvarmer det andet kammer. Dette giver brændstofbesparelser og øger driftstemperaturen.

En åben ildovn er en stor struktur, og processen med at smelte stål tager ret lang tid. Det tager ca at fylde ovnen med malm, metalskrot og støbejern. 5 timer, 4 timer til smeltning og yderligere 3-4 timer til raffinering og justering af stålets endelige sammensætning Støbejern og metalskrot kan belastes i forskellige proportioner alt efter behov og økonomiske hensyn.

Den termokemiske proces med at smelte stål i en åben ildovn er kompleks. Som allerede nævnt er de vigtigste urenheder af råjern silicium Si, kulstof C, svovl S og fosfor P.

Silicium reagerer med jernmalm [jern(III)oxid Fe 2 O 3 ], hvilket resulterer i siliciumdioxid SiO 2 og jern:

Kulstoffet forbrænder, danner kulilte CO og reducerer jern fra malmen:

Fosfor, der danner fosforpentoxid P 2 O 5, frigiver også jern fra malmen:

Svovl, der reagerer med kalk CaO og kulstof, danner calciumsulfid CaS og kulilte CO:

Calciumsulfid og phosphorpentoxid bliver til slagger, der flyder på overfladen af det rensede jern. Slaggen er hovedsageligt calciumsilikat CaSiO 3, dannet ved reaktionen af siliciumdioxid med kalk:

Under smelteprocessen er der ikke mindre opmærksomhed på slaggen end på selve stålet, da godt stål opnås som følge af reaktioner mellem slaggen og metallet.

Elektrisk ovn.

Elektriske ovne blev oprindeligt kun brugt til smeltning af højkvalitetsværktøj og rustfrit stål, som tidligere blev smeltet i digler. Men efterhånden begyndte elektriske ovne at spille en vigtig rolle i produktionen af kulstoffattigt stål fra metalskrot i tilfælde, hvor oparbejdning af råjern fra en højovn ikke er påkrævet. I øjeblikket er ca. 30 % af uraffineret stål smeltes i elektriske ovne. Elektriske lysbueovne er de mest almindelige. Under lysbuen er stålovn foret med ildfast materiale murværk, taget afkøles med vand og kan flyttes til siden for at fylde ovnen. Kulstofelektroder indsættes gennem tre huller i taget. En lysbueudladning antændes mellem elektroderne og skrotet på ovngulvet. I en stor ovn kan lysbuestrømmen nå op på 100.000 A.

Stålsmeltning udføres normalt som følger. Ovnens tag flyttes til siden, og metalskrot fyldes forsigtigt under ovnen. Herefter føres buen tilbage til sin plads, og elektroderne sænkes, så de ikke når toppen af det belastede metalskrot med 2-3 cm. Tænd lysbuen og øg gradvist effekten, efterhånden som fyldstoffet smelter. Ilt indføres i ovnen for at oxidere kulstof og silicium i ladningen, og kalk indføres for at danne slagge. På dette stadium er smeltekemien den samme som i den grundlæggende oxygenproces. Ved afslutningen af oxidationsperioden udtages en prøve, der analyseres, og om nødvendigt justeres sammensætningen. Derefter slukkes lysbuen, elektroderne hæves, ovnen vippes og stålet frigives i øsen.

Den elektriske stålfremstillingsproces finder også vigtig ansøgning ved vakuumsmeltning af stål. Til dette bruges normalt induktionselektriske ovne. Stålet er placeret i en grafitdigel omgivet af en kobberspiral. Induktoren er forsynet med højfrekvent vekselspænding. Hvirvelstrømme induceret af en induktor i en grafitdigel opvarmer det fordi resistivitet grafit er ret stort. Hvis diglen med induktoren placeres i et vakuumkammer, bliver stålet, der smelter i et vakuum, befriet for ilt og andre opløste gasser. Resultatet er meget rent stål, fri for oxider. Vakuumsmeltning er dyrt og bruges kun i tilfælde, hvor der kræves særligt stærkt og pålideligt stål, for eksempel til flylandingsstel. Forbedringen i stålets mekaniske egenskaber som følge af vakuumsmeltning er forbundet med fraværet af oxidpartikler, som ofte initierer revner i konventionelt stål.

Stålstøbning.

Det sidste trin i fremstillingsprocessen beskrevet ovenfor er støbningen af stålet til individuelle barrer eller til en kontinuerlig barre. For at opnå individuelle barrer hældes stål i massive støbejernsforme. Når stålet er størknet, skilles barrerne fra formene og overføres, mens de stadig er varme, til opvarmningsbrønden. Her holdes store mængder barrer ved høje temperaturer, indtil de er klar til at rulle.

Hældning af stål i forme, "stripping" af barrerne (adskillelse fra formene), flytning af dem til en varmebrønd og efterfølgende fjernelse til valsning kræver adskillige transport- og håndteringsoperationer, som kan undgås ved metoden med kontinuerlig støbning til en barre på næsten endelig form. Stålet hældes i en vandkølet kobberform, hvori størkningen begynder fra den ydre overflade. Stålet, der trækkes fra formen, afkøles yderligere, indtil det er fuldstændigt størknet af vand, der sprøjtes af dyser.

Trykbehandling.

Stålbarren skal have en form, der er egnet til brug af stål som konstruktionsmateriale. Oftest behandles barrer ved varmvalsning (efter passende forberedelse). Med denne metode forlænges og fortyndes en flad barre (plade), der føres mellem vandrette ruller drevet af kraftige elektriske motorer. Møllen til den første valsning af varme stålbarrer kaldes en krympemølle. Barren indføres mellem ruller, der er indstillet til at reducere tykkelsen en smule. Efter den første passage vendes rullernes rotationsretning, afstanden mellem dem falder, og barren føres gennem dem i den modsatte retning. Denne proces gentages mange gange, hvilket resulterer i en tyndere og længere ingot. Samtidig elimineres støbeinhomogeniteter af metallet. Varmvalsning homogeniserer stålet og øger dets sejhed.

Ved kontinuerlig valsning mellem glatte tøndevalser omdannes barren til ark. Profilerede ruller producerer lange produkter forskellige profiler: enkel (cirkel, firkantet, trekant, strimmel), formet (skinner, I-bjælker, kanaler, vinkeljern) og speciel (hjul, dæk osv.). Hvis det endelige produkt har meget snævre dimensionelle tolerancer, vil det sidste fase undergår koldvalsning. I dette tilfælde reduceres først emnets dimensioner til ca nødvendige størrelser varmvalsning, og derefter afkøles stålet til stuetemperatur og passerer færdigt gennem valserne. Som et resultat kommer det ud af rullerne med en ren og skinnende overflade af god kvalitet.

Nogle former kan ikke fremstilles ved rulning; i dette tilfælde anvendes smedning og stempling. Metoder til at ændre formen på metaller ved smedning var kendt i oldtiden. Dens moderne metoder er kendetegnet ved en bred skala - brugen af hamre og presser med damp eller hydraulisk drev, samt matricer og matricer med stanser. Metalemnet placeres i et hulrum dannet af to hærdede stålmatricer. Når matricerne er komprimeret, flyder det opvarmede metal af emnet, fylder hulrummet og tager den ønskede form.

Kvalitetskontrol af stål.

Kvalitetskontrol er af afgørende betydning i produktionen af færdige produkter. Defekter i valset stål kan være forårsaget af ikke-metalliske indeslutninger og porøsitet. Derfor passerer stål af ethvert kritisk formål ved udgangen fra den rullende butik ubremselig kontrol. De vigtigste metoder til sådan kontrol er ultralyds- og magnetisk fejldetektion.

Computer kontrol.

En stor reduktion i arbejdsintensiteten kan opnås ved at anvende computere i automatiserede styresystemer (ACS) til stålvalsning, højovnsproduktion, arbejdsplanlægning på værkstedet mv. Tilsynsstyring med en højhastighedscomputer som central kontrolenhed er nødvendig for kontinuerlige processer, især da sådanne processer er enklere end diskrete og er nemmere at automatisere. Den hurtigstrømmende oxygen-konverter-proces, en af de mest lovende metoder til kontinuerlig stålproduktion, kræver også et computerovervågende automatiseret kontrolsystem.

STÅL EGENSKABER

Ved at variere sammensætningen er det muligt at opnå stål med meget forskellige egenskaber - legeret, rustfrit, værktøj. Der produceres mere kulstofstål end alle andre typer. Kulstofstål er en legering af jern med kulstof og mangan. Som nævnt tilsættes mangan for at undertrykke de skadelige virkninger af ilt og svovl i stålet. Kulstof bestemmer stålets mekaniske egenskaber. Kulstofindholdet i stål kan variere fra 0,1 til 1,2%. Stål, der indeholder 0,1-0,3 % kulstof, er ret stærkt og ret duktilt. Valset stål af denne type i form af en I-sektion anvendes som konstruktionsbjælker. Tynde plader af kulstoffattigt stål bruges til at fremstille bilkarosserier og blikdåser.

En af de mest vigtige funktioner stål er, at dets egenskaber kan ændres over et meget bredt område blot ved at ændre kulstofindholdet. Jo mere kulstof i stål, jo større er dets trækstyrke, men jo mindre duktilitet, dvs. deformation til fiasko. Ulegeret stål med et medium kulstofindhold er velegnet til produkter, der kræver styrke og slidstyrke, såsom skinner. Stål, der indeholder omkring 0,8 % kulstof, kan hærdes nok til at gøre det velegnet til fremstilling skæreværktøj, såsom boremaskiner og knive. Stål med endnu mere højt indhold kulstof tjener som materiale til barberblade; det skal være meget hårdt og slidstærkt, men det kræver ikke meget sejhed.

Varmebehandling af stål.

Varmebehandling kan ændre stålets mekaniske egenskaber markant. Til nogle applikationer opvarmes den og hærdes derefter ved hurtig afkøling. I udglødet tilstand (dvs. efter langsom afkøling) er stål selv med et højt kulstofindhold plastisk nok til at blive formet det rigtige værktøj eller andet produkt. Det er så normalt hærdet. I dette tilfælde kan stålets trækstyrke øges med 10 gange, og duktiliteten kan falde med samme mængde. Jo mere kulstof i stålet, jo højere er hårdheden efter hærdning. Hærdet specialstål er velegnet til at skære alle undtagen de hårdeste metaller.

Der er tre vigtige punkter i varmebehandling. Først opvarmes stålet til høj temperatur(normalt rød varme, selvom de højeste kulstofkvaliteter kræver hvid varme). Denne opvarmning efterfølges af hurtig afkøling - bratkøling - hvorefter stålet genopvarmes, men nu til en relativt lav temperatur - "tempereret". Ved første opvarmning dannes en fast opløsning af kulstof i jern. Hvis stålet efter en sådan opvarmning langsomt afkøles (glødet), vil det opløste kul falde ud af opløsningen i form af kulstofkarbidpartikler, hvilket efterlader stålet ret blødt. Under hærdningen afkøles stålet så hurtigt, at jernkarbiden ikke når at skilles fra opløsningen. Fordi kulstofatomerne er for store til mellemrummene mellem jernatomerne, er krystalstrukturen af det hærdede stål stærkt deformeret. Denne struktur kaldes martensitisk; det svarer til ekstrem høj hårdhed og skørhed. For at reducere skørhed hærdes hærdet stål, dvs. opvarmet til en temperatur på 200-600 ° C, når ikke rød varme, og efter nogen eksponering afkølet igen. Ved sådan opvarmning sker delvis nedbrydning af martensit med udfældning af overskydende kulstof fra opløsningen. Jo højere anløbningstemperatur, jo flere sådanne udfældninger og jo blødere (og mere duktilt) stål. Enhver hårdhedsgrad kan opnås ved passende temperering. Den nødvendige grad af hærdning afhænger af formålet med stålet. Hvis du for eksempel slipper et knivblad for meget, bliver det hurtigt sløvt. Hvis du ikke slipper det nok, bliver det for skrøbeligt og smuldrer.

Den vigtigste del af varmebehandlingen er hærdning. Det skal udføres hurtigt nok til at forhindre nedbrydning af den faste opløsning af kulstof i jern dannet ved forhøjede temperaturer. For at gøre dette kan stål opvarmet til rød varme dyppes i koldt vand. Men kun en relativt lille mængde stål kan køles hurtigt. Tilfredsstillende hærdning af ulegeret stål er kun mulig med en tykkelse, der ikke overstiger ca. 1,5 cm, hvilket væsentligt begrænser mulighederne for at anvende ulegeret stål i forskellige store maskiner og mekanismer. Denne vanskelighed forsvinder ved brug af legeret stål.

Legeret stål.

Hvis nogle få procent nikkel, krom eller molybdæn tilsættes stål, kan det hærdes til martensitisk tilstand med en meget lavere afkølingshastighed end krævet for ulegeret stål. Faktum er, at en fast opløsning af for eksempel nikkel og kulstof i jern, når den afkøles, nedbrydes meget langsommere end en opløsning af kulstof alene i jern. Takket være dette er fuldstændig hærdning af massive legerede stålprodukter mulig. Yderligere legeringselementer giver andre fordele. De øger stålets styrke og sejhed og forbedrer styrkeegenskaberne ved høje temperaturer. Sammensætningen, egenskaberne og anvendelserne af en række typiske legerede stål er vist i tabellen. Legeret stål er meget udbredt i maskinteknik.

Stålkonstruktioner.

På grund af dets lave omkostninger og egenskaber, der ofte er overlegne i forhold til andre materialers, er stål det metal, der bruges mest. Derfor er selv formen og udseende Mange af de ting, vi møder hver dag, er i høj grad bestemt af styrken, duktiliteten og korrosionsbestandigheden af stål og støbejern. Støbejerns- og stålelementer i bygninger, hegn og broer giver fremragende eksempler på det tætte forhold mellem materialeegenskaber og design. Måske mest af alt har stål ændret udseendet af byer med højhuse - strukturer, der kun takket være stål eller stålarmeret beton er i stand til at bære vægten af de murede gardinvægge, der fylder rammen, metalplader og glas.

Stål bevarer sin dominerende stilling inden for byggeri og teknik, ikke kun på grund af sin kombination af lave omkostninger og høje mekaniske egenskaber, men også fordi stålindustrien har udviklet legeret stål med væsentligt forbedrede egenskaber. Dette er allerede blevet bemærket, når man taler om rustfrit stål og højhastighedsstål. Skabelsen af maraldrende stål, som er fuldt hærdeligt uden hærdning, og konstruktionsstål, der er modstandsdygtigt over for atmosfærisk korrosion, som ruster ekstremt langsomt med dannelsen af et beskyttende ydre lag, der gør maling unødvendig, er en garanti for, at stål fortsat vil bevare sin betydning i menneskers liv.

Tabel: Visse elementers indflydelse på stål ; PULVERMETALLURGISK.

Litteratur:

Grundlæggende om metallurgi, bind. 1-6. M., 1961-1973
Stålproduktion, bind. 1-2. M., 1964

INDVIRKNING AF NOGLE ELEMENTER PÅ STÅL
Typiske stål (ca. 0,40 % C)	Særpræg	Ansøgning
Simpelt kulstof (0,40 % C)	God styrke og bearbejdelighed	Spor bolte; bil aksler; skovning, vej, landbrugsmaskiner; fjedre, sakse, træværktøj
Mellem mangan (1,75 % Mn)	-""-	-""-
Enkel krom (0,95 % Cr)	-""-	-""-
Nikkel (0,30 % C, 3,5 % Ni)	Slagstyrke	Dele af pneumatiske bor og hammerhammere, krumtapaksler
Vanadium carbon (0,5 % C, 0,18 % V)	Slagstyrke	Lokomotivdele og komponenter
Molybdæn-carbon (0,20 % C, 0,68 % Mo)	Varmemodstand	Dampkedelskaller, højtryksdampudstyr
Høj siliciumplade (4,00 % Si)	Høj elektrisk effektivitet	Transformatorer, strømgeneratorer til elektriske maskiner, elektriske motorer
Silicomangan (2,00 % Si, 0,75 % Mn)	Elasticitet	Automobil- og vognfjedre
Krom-nikkel (0,60 % Cr, 1,25 % Ni)	Overfladehærdning	Automotive gearkasser, stempelstifter, transmissioner
Krom vanadium (0,95 % Cr, 0,18 % V)	Høj styrke og hårdhed	Automotive gearkasser, aksler propeller, plejlstænger
Krom-molybdæn (0,95 % Cr, 0,20 % Mo)	Slag, træthedsstyrke, varmebestandighed	Kraftsæt til fly
Molybdæn-nikkel (1,75 % Ni, 0,35 % Mo)	Træthedsstyrke	Jernbanelejer, automobil gearkasser
Mangan-molybdæn (1,30 % Mn, 0,30 % Mo)	Slag- og træthedsstyrke

Legeringer af jern og kulstof (stål, støbejern) er de mest almindelige materialer inden for mekanisk og instrumentfremstilling.

Jern (Fe) er et skinnende lysegråt metal. Atomnummer 26, massefylde 7,87 Mg/m 3, smeltepunkt 1539 °C, kogepunkt 2880 °C, normalt elasticitetsmodul 210 GPa. Jerns mekaniske egenskaber afhænger af dets renhed. Trækstyrken for teknisk rent jern er 300-400 MPa, flydespændingen er 100-250 MPa, den relative forlængelse er 30-50%, den relative kontraktion er 70-80%, HB 60-90.

Kulstof (C) i jern-carbon-legeringer er i en kemisk bundet eller fri tilstand. Atomnummer 6, massefylde 2,6 Mg/m 3, smeltepunkt 4000 °C, kogepunkt 4200 °C. Den har to krystallinske modifikationer - grafit og diamant. Under normale forhold er grafit med et sekskantet gitter stabilt; diamant opnås når høje tryk og temperaturer, har et kubisk (metastabilt) gitter.

Afhængigt af temperaturen og kulstofindholdet danner jern-kulstof-legeringer en række strukturelle komponenter (faser).

Ferrit (F)- fast opløsning af carbon interstitial i a-jern, har et kropscentreret kubisk gitter, maksimal opløselighed ved 727°C er 0,02%. Ferrit er magnetisk; på Fe-C fasediagrammet optager det området G.P.Q.(Fig. 1.7). Ferrit er karakteriseret ved lav styrke (о в = 250 MPa, о 0 2 = 120 MPa) og hårdhed (НВ 80-100) og høj duktilitet (5 = 50%; |/ = 80%).

Ris. 1.7. Jern-carbon fasediagram (cementit) Austenit (A)- fast opløsning af carbon interstitial i y-jern, har et ansigtscentreret kubisk gitter. Den begrænsende opløselighed af carbon i y-jern ved en temperatur på 1147 °C er 2,14%. Austenit er ikke-magnetisk og optager området på fasediagrammet AESG. Den har en hårdhed på HB 160 ved 5 = 40-50%.

Cementit (C) - en kemisk forbindelse af jern med kulstof (jerncarbid Fe 2 C), indeholder 6,67 % C, smeltepunktet er ikke præcist fastlagt, men antages at være cirka 1260 ° C. Cementit er magnetisk, kendetegnet ved høj hårdhed (> HB 800) og lav duktilitet. Cementit er en metastabil fase og nedbrydes under visse forhold ved frigivelse af fri grafit. Afhængigt af dannelsesbetingelserne skelnes primær cementit, som dannes af en væske under størkning af smelten, sekundær - under nedbrydningen af austenit og tertiær - under frigivelsen af kulstof fra ferrit.

Grafit er frit kulstof, blødt og har lav styrke og elektrisk ledningsevne. I støbejern og grafitiseret stål er det indeholdt i form af indeslutninger. Formen af grafitindeslutninger påvirker legerings mekaniske og teknologiske egenskaber.

Perlite(77) - eutektoid mekanisk blanding af ferrit og cementit indeholdende 0,83 % C; dannes ved 727 °C som følge af nedbrydning af austenit under afkøling: Fe y -> Fe a (C) + Fe 3 C. Pearlit kan være lamelformet eller granulært. Dette bestemmer de mekaniske egenskaber af perlit. Ved stuetemperatur har granulær perlit en styrke o = 800 MPa, plasticitet 5 = 15 %, HB 160-200.

Ledeburite (L) - en mekanisk blanding (eutektisk) af austenit og cementit, dannet af en flydende smelte ved 1147 ° C og et indhold på 4,3 % C. Hårdhed HB 600-700, skør. Da austenit ved en temperatur under eutectoid (under 727 ° C) omdannes til perlit, består ledeburite under eutektoidlinjen /Г "А" fra cementit og perlit.

Ud over de nævnte komponenter kan jern-kulstof-legeringer indeholde ikke-metalliske indeslutninger (forbindelser med oxygen, nitrogen, svovl, fosfor osv.), som danner forskellige faser med jern.

Kritiske punkter på linjerne i Fe - C-diagrammet er normalt betegnet med bogstavet EN med indeks G, hvis punktet er på kølekurven, og med - på varmekurven. Med indekser gi med der placeres et tal, der angiver det pågældende punkts position på linjerne. Således er det kritiske overgangspunkt for oc- til y-jern ved 911 °C betegnet ^ - ved opvarmning og A g- ved afkøling.

Materialevidenskab: forelæsningsnotater Alekseev Viktor Sergeevich

4. Klassificering af legeringer. Jern og dets legeringer

Stål og støbejern– grundlæggende materialer i maskinteknik. De udgør 95% af alle legeringer, der bruges i teknologi.

Stål er en legering af jern med kulstof og andre grundstoffer, der indeholder op til 2,14% kulstof. Kulstof- den vigtigste urenhed af stål. Styrken, hårdheden og duktiliteten af stål afhænger af dets indhold. Udover jern og kulstof indeholder stål også silicium, mangan, svovl og fosfor. Disse urenheder kommer ind i stålet under smeltningsprocessen og er dets uundgåelige ledsagere.

Støbejern– jernbaseret legering. Forskellen mellem støbejern og stål er dets højere kulstofindhold - mere end 2,14%. De mest udbredte er støbejern, der indeholder 3-3,5 % kulstof. Støbejern indeholder de samme urenheder som stål, det vil sige silicium, mangan, svovl og fosfor. Støbejern, hvor alt kulstoffet er i en kemisk kombination med jern, kaldes hvidt (efter brudtypen), og støbejern, hvor alt eller det meste af kulstoffet er grafit, kaldes gråt. Hvidt støbejern indeholder altid en mere strukturel komponent - ledeburite. Dette er et eutektikum, dvs. en ensartet mekanisk blanding af austenit- og cementitkorn opnået under krystallisationsprocessen, den indeholder 4,3% kulstof. Ledeburit dannes ved en temperatur på +1147 °C.

Ferrit– fast opløsning af en lille mængde kulstof (op til 0,04%) og andre urenheder i? – kirtel. Det er praktisk talt rent jern. Cementit– en kemisk forbindelse af jern og kulstof – jerncarbid.

Perlite– en ensartet mekanisk blanding i en legering af ferrit og cementit. Denne blanding fik dette navn, fordi den tynde sektion under ætsningen har en perleskinnende farvetone. Da perlit dannes som et resultat af sekundære krystallisationsprocesser, kaldes det en eutektoid. Det dannes ved en temperatur på +727 °C. Den indeholder 0,8% kulstof.

Perlite findes i to varianter. Hvis cementitten i den er placeret i form af plader, kaldes den lamellær, men hvis cementitten er placeret i form af korn, kaldes perliten granulær. Under et mikroskop fremstår cementitplader skinnende, fordi de har stor hårdhed, er godt polerede og er mindre korroderede af syreætsning end bløde ferritplader.

Hvis jern-kulstof-legeringer opvarmes til bestemte temperaturer, vil der så ske en allotrop transformation? -stryge ind? -jern og der dannes en strukturel komponent, som kaldes austenit.

Austenit er en fast opløsning af kulstof (op til 2,14%) og andre urenheder i? -jern. Kulstof evne

opløses i jern varierer forskellige temperaturer. Ved en temperatur på +727 °C? -jern kan ikke opløse mere end 0,8 % kulstof. Ved samme temperatur nedbrydes austenit og danner perlit. Austenit er en blød strukturel komponent. Det er kendetegnet ved stor plasticitet og har ikke magnetiske egenskaber.

Når man studerede de strukturelle komponenter i jern-carbon-legeringer, viste det sig, at de ved stuetemperatur altid består af to strukturelle elementer: blød plast ferrit og hård cementit, som styrker legeringen.

Fra bogen Metalbearbejdning forfatter Korshever Natalya Gavrilovna

Jern Det var kendt allerede i oldtiden. Og i middelalderen skelnede de ikke kun stål, jern og støbejern, men også deres forskellige kvaliteter. For eksempel kunne våbenblade være lavet af almindeligt stål eller Damaskus-stål – det berømte damaskstål. Datidens smede vidste det naturligvis ikke

Fra bogen The Mystery of the Damask Pattern forfatter Gurevich Yuri Grigorievich

Kobber og legeringer Hjemmemekanikere foretrækker ofte kobber ( specifik vægt 9,0 g/cm2), da dens blødhed og duktilitet giver mulighed for præcision og Høj kvalitet i fremstillingen af alle slags dele og produkter.Rent (rødt) kobber er fremragende

Fra bogen Materials Science: Lecture Notes forfatter Alekseev Viktor Sergeevich

"Hvidt jern" af den indiske kong Pora I anden halvdel af det 1. årtusinde f.Kr. kendte mange lande og folkeslag allerede jern. Den blev brugt til at lave en plov og en økse, en dolk og et sværd. Våbensmede forsøgte at gøre dolke og sværd stærke og modstandsdygtige, hårde og skarpe. I oldtiden dette

Fra bogen Krigsskibe forfatter Perlya Zigmund Naumovich

FOREDRAG nr. 5. Legeringer 1. Metallers struktur Metaller og deres legeringer er hovedmaterialerne inden for maskinteknik. De har mange værdifulde egenskaber, primært på grund af deres indre struktur. Et blødt og duktilt metal eller en legering kan gøres hårdt og skørt og omvendt.

Fra bogen Materialer til smykker forfatter Kumanin Vladimir Igorevich

1. Jern-cementit-diagram Jern-cementit-diagrammet dækker tilstanden af jern-carbon-legeringer, som indeholder op til 6,67 % kulstof. Ris. 7. Diagram over tilstanden af jern-carbon-legeringer (optrukne linjer - Fe-Fe 3 C-system; stiplede linjer - Fe-C-system) Carbon

Fra bogen Filtre til vandrensning forfatter Khokhryakova Elena Anatolyevna

2. Kobberlegeringer Kobber er et af de metaller, der er kendt siden oldtiden. Menneskets tidlige bekendtskab med kobber blev lettet af, at det forekommer i naturen i en fri tilstand i form af nuggets, som nogle gange når betydelige størrelser. I øjeblikket

Fra bogen Materials Science. Krybbe forfatter Buslaeva Elena Mikhailovna

3. Aluminiumslegeringer Navnet "aluminium" kommer fra det latinske ord alumen - altså 500 år f.Kr. e. kaldet aluminiumalun, som blev brugt til bejdsning ved farvning af stoffer og garvning af læder. Med hensyn til udbredelse i naturen ligger aluminium på tredjepladsen

Fra forfatterens bog

4. Titanium legeringer Titan er et sølv-hvidt metal. Det er et af de mest almindelige elementer i naturen. Blandt andre elementer med hensyn til overflod i jordskorpen (0,61%), rangerer den på en tiendeplads. Titanium er let (densiteten er 4,5 g/cm3), ildfast

Fra forfatterens bog

5. Zinklegeringer En legering af zink og kobber - messing - var kendt af de gamle grækere og egyptere. Men smeltningen af zink i industriel skala begyndte først i det 17. århundrede Zink er et lysegråblåligt metal, der er sprødt ved stuetemperatur og ved 200 °C, når det opvarmes til

Fra forfatterens bog

Damp og jern I de sidste årtier af 1700-tallet skete der store forandringer på fabrikkerne i Europa. Damp og andre maskiner blev opfundet til metallurgiske, ingeniør- og tekstilfabrikker og fabrikker. Maskinproduktion erstattede manuelt arbejde. På

Fra forfatterens bog

7.4. Kobberlegeringer, der efterligner guld- og sølvlegeringer. For at reducere omkostningerne ved kunstneriske produkter er tombac, messing, cupronickel og nikkelsølv i vid udstrækning brugt til fremstilling af billige smykker; i fremstillingen af kunstneriske produkter - bronze. Kobberlegeringer med zink,

Fra forfatterens bog

10. Sølv og dets legeringer Sølv er et kemisk grundstof, et metal. Atomnummer 47, atomvægt 107,8. Massefylde 10,5 g/cm3. Krystalgitteret er ansigtscentreret kubisk (fcc). Smeltepunkt 963 °C, kogepunkt 2865 °C. Brinell hårdhed 16,7 Sølv – hvidmetal

Fra forfatterens bog

11. Guld og dets legeringer Guld er et kemisk grundstof, et metal. Atomnummer 79, atomvægt 196,97, massefylde 19,32 g/cm3. Krystalgitteret er ansigtscentreret kubisk (fcc). Smeltepunkt 1063 °C, kogepunkt 2970 °C. Brinell hårdhed – 18,5 Guld – gult metal

Fra forfatterens bog

Almindelig jern Jern er et af de mest almindelige grundstoffer i naturen. Dens indhold i jordskorpen er omkring 4,7 vægt%, derfor kaldes jern, set ud fra dets forekomst i naturen, normalt et makroelement.Naturligt vand indeholder jern i

Fra forfatterens bog

27. Jerns struktur og egenskaber; metastabile og stabile jern-kulstof fasediagrammer. Dannelse af strukturen af kulstofstål. Bestemmelse af kulstofindhold i stål efter struktur Legeringer af jern og kulstof er de mest almindelige metaller

Fra forfatterens bog

47. Titanium og dets legeringer Titanium og legeringer baseret på det har høj korrosionsbestandighed og specifik styrke. Ulemper ved titanium: dets aktive interaktion med atmosfæriske gasser, tendens til brintskørhed. Nitrogen, kulstof, oxygen og brint, styrker titanium,

Jernlegeringer er metallegeringer baseret på jern. Indtil begyndelsen af det 19. århundrede omfattede jernlegeringer hovedsageligt Fe-C (med blandinger af Si, Mn, S, P), som blev kaldt stål og støbejern. Stigende tekniske krav til metal materialer, primært i forhold til deres mekaniske egenskaber, varmebestandighed, korrosionsbestandighed i forskellige aggressive miljøer, førte til skabelsen af nye jernlegeringer indeholdende Cr, Ni, Si, Mo, W osv.

I øjeblikket omfatter jernlegeringer: kulstofstål, støbejern, legeret stål, der indeholder andre elementer ud over kulstof, og stål med særlige fysisk-kemiske og mekaniske egenskaber.

Derudover bruges specielle jernlegeringer, kaldet ferrolegeringer, til at indføre legeringselementer i stål.

I teknologien kaldes jernlegeringer normalt for jernholdige metaller, og deres produktion kaldes jernholdige metallurgi.

Støbejern adskiller sig fra stål ved dets højere kulstofindhold og dets egenskaber. Den er skrøbelig, men har gode støbeegenskaber. Støbejern er billigere end stål. Størstedelen af støbejern forarbejdes til stål.

Elementer, der specifikt indføres i stål for at ændre dets egenskaber, kaldes legeringselementer, og stål, der indeholder sådanne elementer, kaldes legeret. De vigtigste legeringselementer omfatter Cr, Ni, Mn, W, Mo. Varmebestandige nikkel-baserede legeringer (nichrom indeholdende nikkel og krom og andre) er meget udbredt.

Mønter, smykker og husholdningsartikler er lavet af kobber-nikkel-legeringer (cupronickel og andre).

Jernlegeringer er de mest udbredte i industrien. De vigtigste - stål og støbejern - er legeringer af jern og kulstof. For at opnå de specificerede egenskaber indføres legeringselementer i stål og støbejern. Nedenfor ser vi på strukturen og fasetransformationerne i jern-kulstof-legeringer, samt faser i jernlegeringer med legeringselementer.

1. KOMPONENTER OG FASER I JERN - KULSYSTEMET

Jern er et gråligt metal. Atomnummer 26, atommasse 55,85, atomradius 0,127 nm. Rent jern, der i øjeblikket kan fås, indeholder tekniske karakterer Smeltepunktet for jern er 1539 °C. Jern har to polymorfe modifikationer, og -jernmodifikationen findes ved temperaturer under 910 °C og derover (fig. 82). I temperaturområdet 1392-1539 °C betegnes a-jern ofte som -jern.

Krystalgitteret af a-jern er en kropscentreret terning med en gitterperiode på 0,28606 nm. Op til temperatur er jern magnetisk (ferromagnetisk). Temperaturen svarende til den magnetiske transformation, dvs. overgangen fra en ferromagnetisk tilstand til en paramagnetisk tilstand, kaldes Curie-punktet og betegnes

Tæthed af a-jern.

Ris. 82. Kølekurve for rent jern (a) og diagram over mikrostrukturen af ferrit og austenit - jern eksisterer ved en temperatur på 910-1392 ° C; det er paramagnetisk.

Krystalgitteret af jern er ansigtscentreret kubisk nm ved

Det kritiske punkt for transformation af aufis. 82) at er betegnet henholdsvis (ved opvarmning) og (ved afkøling). Det kritiske overgangspunkt ved er udpeget (under opvarmning) og (under afkøling).

Kulstof er et ikke-metallisk grundstof fra periode II af gruppe IV i det periodiske system, atomnummer 6, tæthed smeltepunkt, atomradius 0,077 nm. Kulstof er polymorf. Under normale forhold findes den i form af en modifikation af grafit, men den kan også eksistere i form af en metastabil modifikation af diamant.

Kulstof er opløseligt i jern i flydende og fast tilstand og kan også være i form af en kemisk forbindelse - cementit, og i legeringer med højt kulstofindhold og i form af grafit.

Systemet skelner mellem følgende faser: flydende legering, faste opløsninger - ferrit og austenit, samt cementit og grafit.

Ferrit er en fast opløsning af kulstof og andre urenheder i jern. Der er lavtemperatur-ferrit med kulstofopløselighed op til og højtemperatur-ferrit i

begrænsende kulstofopløselighed Kulstofatomet er placeret i ferritgitteret i midten af terningfladen, hvor der placeres en kugle med en radius på 0,29 atomradius af jern, samt i ledige rum, på dislokationer osv. Under mikroskop , afsløres ferrit i form af homogene polyedriske korn.

Ferrit (ved 0,06% C). har omtrent følgende mekaniske egenskaber:

Austenit er en fast opløsning af kulstof og andre urenheder i kulstofatomet i jerngitteret placeret i midten af enhedscellen (se fig. 29, b), hvori der kan passe en kugle med en radius af jernets atomradius ) og i defekte områder af krystallen.

De forskellige volumener af elementære kugler i bcc- og fcc-gitre forudbestemte den væsentligt større opløselighed af kulstof i -jern sammenlignet med opløseligheden i -jern. Austenit har høj duktilitet, lav flydespænding og styrke. Austenitens mikrostruktur er polyedriske korn (fig. 82, c).