Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Żeliwo weszło w nasze życie wiele wieków temu i pozostaje popularne do dziś . Jest szeroko stosowany w wielu dziedzinach. Aby jednak zrozumieć, czym jest żeliwo, ważne jest, aby znać jego właściwości i skład chemiczny, strukturę i cechy jego stopów, zalety i wady tego materiału, a także jego produkcję i sfery zastosowania.

Skład chemiczny żeliwa

Żeliwo jest stopem żelaza i węgla, w którym procent węgla wynosi nie mniej niż 2, 14%, ale nie więcej niż 4, 5%. Węgiel jest częścią żeliwa w postaci cementytu lub grafitu. Jeśli procentowa zawartość węgla jest mniejsza niż 2, 14%, taki stop nazywany jest stalą.

Wiadomo, że stop żelaza został po raz pierwszy wyprodukowany w Chinach w VI wieku. W Europie tajemnica jej produkcji miała miejsce w XIV wieku, aw Rosji jej skład został doprowadzony do perfekcji dopiero w XVII. Przez cały ten czas formuła żeliwa nie uległa zmianie.

Najwyższej jakości materiał został wyprodukowany w odlewni braci Demidov na Uralu.

Przez stulecia nie tylko nie stracił na znaczeniu, ale także zyskał jeszcze szerszy zakres zastosowań.

Odmiany materiału

Istnieją takie rodzaje żeliwa, tak ekstremalne i odlewnicze . Pierwszy jest wykorzystywany do produkcji stali na ścieżce konwertera tlenu. Krzem i mangan w takim stopie są zawarte w bardzo małej ilości. Rodzaj materiału odlewniczego jest szerzej stosowany w przemyśle i produkcji. On z kolei dzieli się na następujące typy:

  • Białe żeliwo - węgiel w nim to węglik żelaza. W tym samym czasie widać biały odpływ z jego winy, skąd pochodzi jego nazwa. W czystej postaci nie jest używany. Jest stosowany w procesie produkcji żeliwa sferoidalnego.
  • Żeliwo szare charakteryzuje się srebrzystym połyskiem po złamaniu. Ma szeroki zakres zastosowań i jest doskonale obrabiany przy pomocy siekaczy.
  • Stop o wysokiej wytrzymałości stosuje się w celu zwiększenia właściwości wytrzymałościowych produkowanego materiału. Jest wytwarzany z szarego żelaza przez dodanie do swojej masy zanieczyszczenia magnezem.
  • Żeliwo sferoidalne jest również rodzajem żeliwa szarego. Jego nazwa sugeruje, że ma wysoką ciągliwość i wydobywa go z białego żelaza przez wyżarzanie.
  • Połowa - posiada specjalne właściwości. Część węgla w jego składzie ma postać grafitu, reszta - w postaci cementytu.

Funkcje stopów

Główna cecha żeliwa jest ukryta w procesie jego wytwarzania. Faktem jest, że w różnych typach tego stopu temperatura topnienia osiąga 1200ºС, podczas gdy w stali wynosi 1500 ºС. Na ten czynnik wpływa zbyt wysoka zawartość węgla. Atomy żelaza i węgla między nimi nie mają bardzo bliskich wiązań.

Gdy zachodzi wytapianie, atomy węgla nie mogą w pełni przeniknąć do sieci molekularnej żelaza, dzięki czemu stop żeliwa staje się kruchy. W związku z tym nie jest wykorzystywany do produkcji części, które będą stale poddawane naprężeniom.

Materiał ten należy do przemysłu stalowego, a jego właściwości są podobne do stali. Produkty wykonane z żelaza i stali są szeroko stosowane w życiu codziennym i jest to całkowicie uzasadnione.

Jeśli porównamy cechy tych metali, możemy wyciągnąć następujące wnioski:

  1. Koszt wyrobów stalowych jest wyższy niż koszt żeliwa.
  2. Różnice w kolorze: żeliwo jest ciemne i matowe, a stal jest lekka i błyszcząca.
  3. Stal jest gorsza do odlewania, ale w przeciwieństwie do żeliwa, jest łatwiejsza do kucia i spawania.
  4. Stal ma większą wytrzymałość niż stop żeliwa.
  5. Stal jest cięższa.
  6. Jego zawartość węgla jest niższa niż w żeliwie.

Mocne i słabe strony

Ten materiał, jak każdy inny, ma swoje mocne i słabe strony.

Zalety żeliwa obejmują takie czynniki:

  • Czasami porównuje się go nawet ze stalą, ponieważ niektóre jego typy wyróżniają się zwiększoną wytrzymałością.
  • Przez długi czas utrzymuje temperaturę: po podgrzaniu ciepło jest równomiernie rozprowadzane i pozostaje niezmienione przez długi czas.
  • Jest to materiał przyjazny dla środowiska, dzięki czemu jest często stosowany w produkcji potraw, w których żywność będzie przygotowywana bezpośrednio.
  • Nie reaguje na środowisko kwasowo-zasadowe.
  • Jest to trwały materiał.
  • Im dłuższy jest produkt tego materiału, tym lepsza jest jego jakość.
  • Ten materiał jest całkowicie nieszkodliwy dla ludzkiego ciała.

Wady obejmują następujące czynniki:

  • Może stać się zardzewiały, nawet jeśli woda jest w nim przechowywana przez krótki czas.
  • Jest to bardzo drogi materiał, ale mimo to w pełni się uzasadnia. Jakość, praktyczność i niezawodność to główne cechy produktów wykonanych z tego stopu.
  • Żeliwo szare charakteryzuje się niską ciągliwością.
  • Biel jest bardzo delikatna i najczęściej trafia do huty.

Charakterystyka i właściwości żeliwa

Ten stop metalu ma następujące właściwości:

  1. Właściwości fizyczne: ciężar właściwy, rzeczywisty skurcz, współczynnik rozszerzalności liniowej. Na przykład zawartość węgla w żeliwie ma bezpośredni wpływ na jego masę.
  2. Właściwości termiczne. Przewodność cieplna jest zwykle obliczana zgodnie z zasadą przemieszczenia. Dla stanu stałego metalu pojemność cieplna objętości wynosi 1 cal / cm3 * oC. Jeśli metal jest w stanie ciekłym, to jest w przybliżeniu równy 1, 5 cal / cm3 * ° C
  3. Właściwości mechaniczne. Warto zauważyć, że na te właściwości wpływa zarówno sama baza, jak i kształt i rozmiar grafitu. Żeliwo szare z bazą perlitową jest najtrwalsze i najbardziej ferrytyczne - najbardziej plastyczne. Lamelarna forma grafitu charakteryzuje się maksymalnym spadkiem wytrzymałości, podczas gdy w kształcie kulistym spadek ten jest minimalny.
  4. Właściwości hydrodynamiczne. Obecność manganu i siarki wpływa na lepkość materiału. Ma również tendencję do zwiększania się, gdy temperatura stopu przekracza punkt rozpoczęcia krzepnięcia.
  5. Właściwości technologiczne. Metal ten charakteryzuje się doskonałymi właściwościami odlewniczymi, a także odpornością na zużycie i wibracje.
  6. Właściwości chemiczne Wraz ze spadkiem potencjału elektrody, składniki strukturalne stopu są rozmieszczone w następującej kolejności: cementyt - fosforan eutektyczny - ferryt.

Na właściwości stopu mają również wpływ specjalne zanieczyszczenia:

  • Dodawanie siarki znacznie zmniejsza płynność i zmniejsza ogniotrwałość.
  • Fosfor pozwala na wytwarzanie produktów o różnych kształtach, ale jednocześnie zmniejsza jego wytrzymałość.
  • Dodatek krzemu zmniejsza temperaturę topnienia materiału, a także znacznie poprawia właściwości odlewnicze. Zawartość krzemu w różnych procentach umożliwia uzyskanie stopów o różnych kolorach: od ferrytycznego do czystej bieli.
  • Obecność manganu w stopie znacznie zwiększa twardość i wytrzymałość materiału, ale jednocześnie pogarsza się jego jakość odlewnicza i technologiczna.
  • Oprócz tych zanieczyszczeń skład stopu może również obejmować inne składniki. W tym przypadku materiały są nazywane domieszkami. Najczęściej tytan, aluminium, chrom, miedź i nikiel miesza się z żeliwem.

Skład i struktura metalu

Żeliwo jako materiał strukturalny jest reprezentowane przez wnękę metalową z wtrąceniami grafitowymi. Jego głównymi składnikami są perlit, ledeburit i grafit plastyczny. Co ciekawe, w różnych rodzajach stopów pierwiastki te występują w nierównych proporcjach lub mogą być całkowicie nieobecne.

Ze względu na swoją strukturę stop żeliwa dzieli się na następujące typy:

  • Perlit.
  • Ferrytyczny.
  • Ferrytyczno-perlityczny.

W tym przypadku grafit może być obecny w jednej z następujących form:

  1. Kulisty: grafit przybiera tę formę, gdy dodaje się magnez. Zwykle jest to charakterystyczne dla produktów żeliwnych o wysokiej wytrzymałości.
  2. Tworzywo sztuczne: grafit przypomina kształt płatków (w tej formie występuje w zwykłym żeliwie). Materiał ten charakteryzuje się wysoką plastycznością.
  3. Flake-like: ta forma jest uzyskiwana w procesie wyżarzania białego żelaza. Flokulantowy grafit występuje w żeliwie sferoidalnym.
  4. Vermicular: grafit w tej formie występuje w żeliwie szarym. Został zaprojektowany specjalnie w celu poprawy jego właściwości plastycznych.

Technologia produkcji

Jak wiadomo, żeliwo jest wytwarzane w specjalnych wielkich piecach. Głównym surowcem do jego produkcji jest ruda żelaza. Proces technologiczny wytwarzania polega na redukcji tlenków rudy żelaza iw wyniku tego innego materiału - żeliwa. Do jego produkcji wykorzystywane są takie paliwa jak koks, termoantracyt, gaz ziemny.

Do wyprodukowania jednej tony surówki potrzeba około 550 kilogramów koksu i około tony wody. Objętość rudy załadowanej do pieca zależy od zawartości żelaza. Z reguły stosuje się rudę, która zawiera nie mniej niż 70% żelaza. Rzecz w tym, że stosowanie niższej koncentracji jest niewykonalne z ekonomicznego punktu widzenia.

Pierwszym etapem produkcji żelaza jest wytapianie. Rudę wlewa się do wielkiego pieca, a następnie węgiel koksujący, który jest niezbędny do wtryskiwania i utrzymywania wymaganej temperatury wewnątrz szybu pieca. Podczas spalania składniki te biorą czynny udział w trwających reakcjach chemicznych jako środki redukujące żelazo.

Tymczasem topnik jest zanurzony w piecu, który działa jak katalizator. Przyśpieszając wytapianie skał, tym samym wspiera wczesne uwalnianie żelaza. Ważne jest, aby wiedzieć, że przed załadowaniem do pieca ruda podlega niezbędnej obróbce wstępnej. Jest kruszona w instalacji kruszenia, ponieważ mniejsze cząstki topią się szybciej. Następnie jest przemywany w celu usunięcia cząstek niemetalicznych. Następnie surowiec poddaje się wypalaniu, w wyniku czego ekstrahuje się siarkę i inne składniki obce.

W drugim etapie produkcji gaz ziemny jest podawany przez specjalny palnik do pieca, który jest pełny i gotowy do pracy. Koks bierze udział w ogrzewaniu surowców. Uwalnia się węgiel, który w połączeniu z tlenem tworzy tlenek. On z kolei przyczynia się do odzyskiwania żelaza z rudy.

Wraz ze wzrostem objętości gazu w piecu zmniejsza się szybkość przepływu reakcji chemicznej. Może się całkowicie zatrzymać, gdy osiągnięty zostanie określony stosunek gazu. Węgiel wnika w stop i łączy się z żelazem, tworząc w ten sposób żeliwo. Nieroztopione elementy pozostają na powierzchni i są wkrótce usuwane. Takie odpady nazywane są żużlem. Służy do produkcji innych materiałów.

Zakres zastosowania

Ten metal jest używany w różnych gałęziach przemysłu. Na przykład jest szeroko stosowany w inżynierii mechanicznej do produkcji różnych części.

Najczęściej materiał ten jest wykorzystywany do produkcji bloków do silników i wałów korbowych. Do produkcji tego ostatniego wymagany jest ulepszony stop z dodatkiem specjalnych zanieczyszczeń z grafitu. Metal ten jest odporny na tarcie, dzięki czemu produkowane są wysokiej jakości klocki hamulcowe.

W trudnych warunkach klimatycznych stop żeliwa jest niezastąpiony, ponieważ pozwala na płynną pracę części maszynowych nawet w najniższych temperaturach.

W przemyśle metalurgicznym okazał się również doskonały. Jego doskonałe właściwości odlewnicze i stosunkowo niska cena są wysoko cenione. Produkty z niego wyróżniają się bardzo wysoką wytrzymałością i odpornością na zużycie.

Żeliwny stop produkowany jest z wielu różnych produktów sanitarnych. Są to baterie, zlewy, różne zlewy i rury. Popularne są żeliwne wanny i grzejniki. Ich żywotność jest bardzo długa. W wielu apartamentach produkty te są nadal używane, ponieważ zachowują swój oryginalny wygląd przez długi czas i rzadko wymagają renowacji.

Ważny jest również fakt, że doskonałe właściwości odlewnicze żeliwa umożliwiają wykonanie z niego całych dzieł sztuki: takich jak ażurowe bramy z kutego żelaza i wszelkiego rodzaju zabytki architektury.

Warto zauważyć, że cena 1 kilograma żeliwa wynika z ilości węgla w jego składzie, a także z obecności różnych zanieczyszczeń i składników stopowych. Cena za tonę żelaza wynosi około 8 000 rubli.

Do tej pory nie ma sfery, gdziekolwiek ten metal jest używany. Jego odlew i stopy są podstawą wielu komponentów, mechanizmów i części. Czasami jest używany jako niezależny produkt, dobrze radząc sobie z przypisanymi mu funkcjami. Ten związek zawierający żelazo jest jedyny w swoim rodzaju. Pozostaje dziś niezbędny.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Przydatne porady