Группа металлов к которой относятся железо и его сплавы это

Обновлено: 02.07.2024

Сталь и чугун – основные материалы в машиностроении. Они составляют 95 % всех используемых в технике сплавов.

Сталь – это сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий до 2,14 % углерода. Углерод – важнейшая примесь стали. От его содержания зависят прочность, твердость и пластичность стали. Кроме железа и углерода, в состав стали входят кремний, марганец, сера и фосфор. Эти примеси попадают в сталь в процессе выплавки и являются ее неизбежными спутниками.

Чугун – сплав на железной основе. Отличие чугуна от стали заключается в более высоком содержании в нем углерода – более 2,14 %. Наибольшее распространение получили чугуны, содержащие 3–3,5 % углерода. В состав чугунов входят те же примеси, что и в стали, т. е. кремний, марганец, сера и фосфор. Чугуны, у которых весь углерод находится в химическом соединении с железом, называют белыми (по виду излома), а чугуны, весь углерод которых или большая его часть представляет графит, получили название серых. В белых чугунах всегда имеется еще одна структурная составляющая – ледебурит. Это эвтектика, т. е. равномерная механическая смесь зерен аустенита и цементита, получающаяся в процессе кристаллизации, в ней 4,3 % углерода. Ледебурит образуется при температуре +1147 °C.

Феррит – твердый раствор небольшого количества углерода (до 0,04 %) и других примесей в? – железе. Практически это чистое железо. Цементит – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа.

Перлит имеет две разновидности. Если цементит в нем расположен в виде пластинок, его называют пластинчатым, если же цементит расположен в виде зерен, перлит называют зернистым. Под микроскопом пластинки цементита кажутся блестящими, потому что обладают большой твердостью, хорошо полируются и при травлении кислотами разъедаются меньше, чем пластинки мягкого феррита.

Если железоуглеродистые сплавы нагреть до определенных температур, произойдет аллотропическое превращение ? —железа в ? —железо и образуется структурная составляющая, которая называется аустенитом.

Аустенит представляет собой твердый раствор углерода (до 2,14 %) и других примесей в ? —железе. Способность углерода

При изучении структурных составляющих железоуглеродистых сплавов установлено, что они при комнатной температуре всегда состоят из двух структурных элементов: мягкого пластичного феррита и твердого цементита, упрочняющего сплав.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

«Белое железо» индийского царя Пора

«Белое железо» индийского царя Пора Во второй половине I тысячелетия до нашей эры железо знали уже многие страны и народы. Из него изготовляли плуг и топор, кинжал и меч. Оружейники старались сделать кинжалы, мечи прочными и упругими, твердыми и острыми. В древности это

Железо

Железо Оно было известно уже в древности. А в Средневековье различали не только сталь, железо и чугун, но и различные их марки. Например, клинки оружия могли изготавливаться из обычной стали или из дамасской – знаменитого булата. Кузнецы того времени, конечно же, не знали,

Медь и сплавы

Медь и сплавы Довольно часто домашние слесари отдают предпочтение меди (удельный вес 9,0 г/см2), поскольку ее мягкость и пластичность позволяют добиваться точности и высокого качества при изготовлении всевозможных деталей и изделий.Чистая (красная) медь – прекрасный

Пар и железо

Пар и железо В последние десятилетия XVIII века на заводах и фабриках Европы произошли большие изменения. Были изобретены паровая и другие машины для металлургических, машиностроительных и текстильных заводов и фабрик. Машинное производство вытесняло ручной труд. На

ЛЕКЦИЯ № 5. Сплавы

ЛЕКЦИЯ № 5. Сплавы 1. Строение металлов Металлы и их сплавы – основной материал в машиностроении. Они обладают многими ценными свойствами, обусловленными в основном их внутренним строением. Мягкий и пластичный металл или сплав можно сделать твердым, хрупким, и наоборот.

1. Диаграмма железо—цементит

1. Диаграмма железо—цементит Диаграмма железо—цементит охватывает состояние железоуглеродистых сплавов, которые содержат до 6,67 % углерода. Рис. 7. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов (сплошные линии – система Fe—Fe 3 C; штриховые – система Fe—C)Углеродистые

2. Медные сплавы

2. Медные сплавы Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. В настоящее

3. Алюминиевые сплавы

3. Алюминиевые сплавы Название «алюминий» происходит от латинского слова alumen – так за 500 лет до н. э. называли алюминиевые квасцы, которые использовались для протравливания при крашении тканей и дубления кож.По распространенности в природе алюминий занимает третье

4. Титановые сплавы

4. Титановые сплавы Титан – металл серебристо—белого цвета. Это один из наиболее распространенных в природе элементов. Среди других элементов по распространенности в земной коре (0,61 %) он занимает десятое место. Титан легок (плотность его 4,5 г/см 3), тугоплавок

5. Цинковые сплавы

5. Цинковые сплавы Сплав цинка с медью – латунь – был известен еще древним грекам и египтянам. Но выплавка цинка в промышленных масштабах началась лишь в XVII в.Цинк – металл светло—серо—голубоватого цвета, хрупкий при комнатной температуре и при 200 °C, при нагревании до

Железо общее

Железо общее Железо – один из самых распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 4,7 % по массе, поэтому железо, с точки зрения его распространенности в природе, принято называть макроэлементом.В природной воде железо содержится в

7.4. Сплавы меди, имитирующие золотые и серебряные сплавы

7.4. Сплавы меди, имитирующие золотые и серебряные сплавы С целью удешевления художественных изделий при производстве недорогих украшений широко используются томпак, латунь, мельхиор, нейзильбер; при изготовлении художественных изделий – бронзы.Сплавы меди с цинком,

10. Серебро и его сплавы

10. Серебро и его сплавы Серебро – химический элемент, металл. Атомный номер 47, атомный вес 107,8. Плотность 10,5 г/см3. Кристаллическая решетка – гранецентрированная кубическая (ГЦК). Температура плавления 963 °C, кипения 2865 °C. Твердость по Бринеллю 16,7.Серебро – металл белого

11. Золото и его сплавы

11. Золото и его сплавы Золото – химический элемент, металл. Атомный номер 79, атомный вес 196,97, плотность 19,32 г/см3. Кристаллическая решетка – кубическая гранецентрировапная (ГЦК). Температура плавления 1063 °C, кипения 2970 °C. Твердость по Бринеллю – 18,5.Золото – металл желтого

27. Строение и свойства железа; метастабильная и стабильная фазовые диаграммы железо-углерод. Формирование структуры углеродистых сталей. Определение содержания углерода в стали по структуре

27. Строение и свойства железа; метастабильная и стабильная фазовые диаграммы железо-углерод. Формирование структуры углеродистых сталей. Определение содержания углерода в стали по структуре Сплавы железа с углеродом являются самыми распространенными металлическими

47. Титан и его сплавы

47. Титан и его сплавы Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатки титана: его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости.Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан,

К какой группе металлов принадлежит железо и его сплавы?

d) По удельной прочности классифицируют конструкционные материалы. К тому же такие материалы как сплавы титана, берилия и особенно композиты обладают более высокой удельной прочностью, чем сплавы на основе железа

2. Какой из приведенных ниже металлов (сплавов) относится к черным?

a) Латунь; b) Коррозионно-стойкая сталь; c) Баббит; d) Дюралюмины

a) Латуни - это цветные сплавы, основные компоненты которых медь и цинк

c) Баббитами называют цветные антифрикционные сплавы на основе олова или цинка

d) Дюралюмины - это цветные сплавы на основе алюминия

Как называют металлы с температурой плавления выше температуры плавления титана?

a) Тугоплавкими; b) Благородными; c) Черными; d) Редкоземельными

b) К благородным относят металлы, обладающие химической инертностью (Rh, Pd, Ag, Os, Pt, Au) Они имеют t пл. как выше(металлы плат. гр.), так и ниже (Ag, Au) t пл железа

c) К черным относятся железо и сплавы на ее основе

d) К редкоземельным относятметаллы гр. лантана- лантаноиды (Ce, Pr, Nd, Sm) а также иттрий (Y) и скандий (Sc) У большенства РЗМ t пл ниже t пл железа

К какой группе металлов относится вольфрам?

a) К актиноидам; b) К благородным; c) К редкоземельным; d) К тугоплавким

a) Основная отлич. черта актоноидов- радиоактивность. Природный вольфрам радиоакт. изотопов не имеет

b) К благор. относятся Ag, Au, металлы гр. платины К ним м.б. отнесена медь Вольфрама среди этих металлов нет

c) В гр. РЗМ входят лантоноиды и сходные с ними иттрий и скандий Вольфрам к лантоноидам не относится

В какой из приведенных ниже групп содержатся только тугоплавкие металлы?

a) Никель, алюминий; b) Титан, актиний; c) Молибден, цирконий; d) Волфрам, железо

a) Никель принадлежит к гр. железных, а алюминий - легких металлов К тому же t пл.обоих металлов ниже t пл.железа

b) Ас относится к гр. урановых К тому же t пл.актиния (1050) ниже t пл.железа

d) К тугопл. относятся металлы с t пл выше t пл Fe

6. К какой группе металлов (сплавов) относится магний?

a) К легкоплавким; b) К благородным; c) К легким; d) К редкоземельным

a) t пл Mg действительно невысока (650), однако он обладает характ. признаком, по кот. его относят к др. гр.

b) К благор. относятся Ag, Au, металлы гр. платины к ним м.б. отнесена медь Магния среди этих металлов нет

d) В гр. РЗМ входят лантоноиды и сходные с ними иттрий и скандий Магний к лантоноидам не относится

В какой из приведенных ниже групп содержатся только легкие металлы?

a) Титан, медь; b) Серебро, хром; c) Алюминий, олово; d) Магний, бериллий

a) К легким относятся металлы с малой плотностью, медь же по плотности превосходит железо

b) Серебро относится к группе благородных, а хром - к тугоплавким К тому же Аg по плотности значительно превосходит железо, Сr лишь немного уступает ему

c) Sn относится к легкоплавким (t пл=232), к тому же по плотности олово лишь немного уступает железу

В какой из приведенных ниже групп содержатся только легкоплавкие металлы?

a) Индий, магний; b) Олово, свинец; c) Сурьма, никель; d) Цинк, кобальт

a) t пл In и Mg действительно невысоки (157 и 651), однако Mg из-за низкой плотности (1,74г/см3) относят к легким

c ) Низкую t пл имеет только сурьма (630), а у никеля она достаточно высока (1453) Никель относится к металлам железной гр.

d) Низкую t пл имеет только Zn(420), а у Со она достаточна высока (1493). Со относится к металлам железной гр.

Какое свойство металлов может быть объяснено отсутствием направленности межатомных связей?

a) парамагнетизм; b) электропроводность; c) анизотропность; d) высокая компактность

a) магнитные свойства материала определяются электронной структурой. Среди металлов существуют не только парамагнетики, но и диамагнетики (Ве, Zn, Cu, Ag)

b) Высокой электропроводностью обладают не только металлы, но, например, графит - вещество с направленными межатомными связями

c) анизотропия свойственна всем кристаллическим телам, в том числе и с направленными межатомными связями

Что такое домен?

a) единица размера металлического зерна; b) область спонтанной намагниченности ферромагнетика; c) вид дефекта кристаллической структуры; d) участок металлического зерна с ненарушенной кристаллической решеткой

a) размер металлического зерна определяется в единицах длины, либо в баллах

c) домены связаны с кристаллической структурой ферромагнетиков, но дефектами ее не являются

d) практически бездефектные участки металлического зерна называют блоками мозаичной структуры

К какой группе металлов принадлежит железо и его сплавы?

a) К тугоплавким; b) К черным; c) К диамагнетикам; d) К металлом с высокой удельной прочностью

a) Тугоплавкие металлы обладают температурой плавления выше температуры плавления железа

c) Железо и большинство его сплавов- ярко выраженные ферромагнетики



Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.


Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Металлы и их сплавы

При конструировании и изготовлении машин и приборов, организации их эксплуатации и ремонта инженер в повседневной работе сталкивается с конструкционными материалами и их использованием.

Материаловедение – наука, изучающая связь между составом, структурой и свойствами материалов и изучающая их изменения при внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом, электромагнитном и радиоактивном).

Задача материаловедения – установление закономерностей взаимосвязи структуры и свойств материалов для того, чтобы целенаправленно воздействовать на них при переработке в изделия и эксплуатации, а также для создания материалов с заданным сочетанием свойств и прогнозирования срока службы материалов.

Различают две основные группы материалов:

металлы и их сплавы

Металлы и сплавы разделяют на черные и цветные.

К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе: сталь и чугун.

К цветным относятся все остальные металлы: Al, Cu, Ti, Mg, Pb, Sn, Ni.

Из всех металлов и сплавов наиболее важную роль в машиностроении играет сталь. Доля производства стали составляет 95 % всех металлических материалов. При сравнительно низкой стоимости сталь характеризуется высокой прочностью, пластичностью и вязкостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами. Из других металлов наиболее развивается производство алюминия и его сплавов. Содержание железа в земной коре составляет 4,6 %, а алюминия – 8.8 %., т.е. почти в 2 раза больше. Хотя объем производства других металлов и сплавов существенно меньше, без их применения было бы невозможно создание таких отраслей современной техники, как электро-, радио-, приборостроение, авиация, атомная, ракетно-космическая техника.

Кроме того, все цветные металлы, применяемые в технике, в свою очередь, делятся на следующие группы:

• легкие металлы Mg, Be, Al, Ti с плотностью до 5 г/см 3 ;

• тяжелые металлы Pb, Mo, Ag, Au, Pt, W, Та, Ir, Os с плотностью, превышающей 10 г/см 3 ;

• легкоплавкие металлы Sn, Pb, Zn с температурой плавления 232; 327; 410 °С соответственно;

• тугоплавкие металлы W, Мо, Та, Nb с температурой плавления выше, чем у железа (> 1536 °С);

• благородные металлы Au, Ag, Pt с высокой устойчивостью против коррозии;

• урановые металлы или актиноиды, используемые в атомной технике;

• редкоземельные металлы (РЗМ) – лантаноиды, применяемые для модифицирования стали;

• щелочные и щелочноземельные металлы Na, К, Li, Ca в свободном состоянии применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах; натрий также используется в качестве катализатора в производстве искусственного каучука, а литий – для легирования легких и прочных алюминиевых сплавов, применяемых в самолетостроении.

2) неметаллические материалы (пластмасса, резина, керамика, стекло, клей, лакокрасочные покрытия, древесина, ткань и др.) в качестве конструкционных материалов служат важным дополнением к металлам, в ряже случаев с успехом заменяют их, а иногда неметаллические материалы сами являются незаменимыми (обувь, одежда,…). Достоинством неметаллических материалов является сочетание требуемого уровня химических, физических и механических свойств с низкой стоимостью и высокой технологичностью при изготовлении изделий сложной конфигурации. Трудоемкость при изготовлении изделий из неметаллических материалов в 5-6 раз ниже, и они в 4-5 раз дешевле по сравнению с металлическими. В связи с этим непрерывно возрастает использование неметаллических материалов в пищевой, торговой, холодильной и криогенной технике.

История развития науки о металлах. В основе любой цивилизации лежит развитие металлургии. Не случайно первые сведения о металлах мы находим у Геродота в V веке до н.э. и у Платона в IV веке до н.э.

На заре своего существования человек сталкивался главным образом с камнем. Но однажды он нашел ярко окрашенный кусок медной руды. Человек быстро понял преимущества металла перед камнем, и открытия пошли один за другим. Самые первые металлические орудия человек изготовил именно из самородной меди в Египте в V тысячелетии до н.э. Несколько позже появилась бронза – сплав меди с оловом и другими металлами. Медь и бронза долгое время были самыми распространенными металлами. Целая эпоха в развитии человечества называлась бронзовым веком. Археологи до сих пор находят такие бронзовые изделия, которые смущают даже современных металлургов (как были изготовлены эти предметы). А что, если это достижения какой-то еще неизвестной нам и давно погибшей цивилизации?

Железо пришло на смену бронзе и вызвало бурное развитие общества. Железооткрыли и быстро освоили на рубеже II и I тысячелетий до н.э. в Восточной Европе, Азии, Африке. А может быть и значительно раньше. В Австралии обнаружен метеорит возрастом несколько миллионов лет. Гвоздь длиной 18 см, обнаруженный в Перу, по мнению ученых, был изготовлен несколько десятков тысячелетий назад. По распространенности в природе железо занимает второе место после алюминия. Земная кора содержит 5 % железа. Однако в самородном состоянии оно встречается крайне редко, так как легко окисляется. Были времена, когда оно ценилось значительно дороже золота. При раскопках гробницы египетского фараона Тутанхамона был обнаружен золотой перстень, на котором знак божества был изготовлен из железа. Позднее из него стали делать обручальные кольца. По мере развития металлургии этот металл становился доступнее. Выработка железа росла очень быстро, и к началу нашей эры оно из «благородных» металлов превратилось в обычный. Сегодня железо – самый распространенный, самый дешевый металл. Нет другого конструкционного материала, который использовался бы так широко и на земле, и на воде, и в космосе.

Много веков знакомы металлы человеку и верно служат ему.… Без них мы сегодня себя не представляем. До М.В. Ломоносова были известны 7 металлов. «Семь металлов создал свет по числу семи планет», - говорили наши предки, а алхимики считали, что у каждого металла есть своя планета. Золото будто бы представлено на небесах Солнцем, серебро – Луною, медь связана тесными узами с Венерой, железо – с Марсом.

К 1788 году их список пополнился до 17 наименований. В первой половине 19 века были открыты щелочные и щелочно-земельные , а затем редкоземельные , радиоактивные и многие другие металлы. Из известных сегодня химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева 4/5 являются металлами (это 80 наименований металлов).

В нашей стране, как многим уже известно, наиболее интенсивно металлургия начала свое развитие в эпоху Петра I на Урале. Особым спросом пользовалось во многих странах Демидовское железо. Пока железо все еще остается основой металлургии и машиностроения, судостроения и транспорта. Но в последнее время у железа появилось много конкурентов: и алюминий, и ванадий, и бериллий, и титан. Широко используются (в первую очередь в авиастроении) сплавы на основе алюминия и магния. Высокий комплекс механических свойств позволяет использовать титановые сплавы в ракетной технике, для приборов, аппаратов и инструмента, используемого в медицинской технике, оборудования химической и нефтехимической промышленности. Недалеко время, когда металлы будут выплавляться и обрабатываться в космосе, а сырьем будет служить рудное сырье с луны и астероидов. (Лунные породы, например, оказались богаты торием, титаном, цирконием, иттрием.)

Длинный и сложный путь к прогрессу прошел человек. От каменного топора к меди и бронзе, к железу и металлам космической эры. Многие открытия еще впереди.

Сегодня мы знаем о металлах много, но далеко не все. Каждый из них обладает своими признаками, особенностями. В дальнейшем нам придется познакомиться с наиболее часто используемыми в машиностроении материалами-металлами.

Классификация металлов и сплавов

Тема: Классификация металлов (чёрные металлы и сплавы).

Литература:Строительные материалы и изделия: Учебник для студентов средних проф. учеб. заведений/ К.Н. Попов, М.Б. Каддо, М.: Высш. шк., - стр. 140-151. Допустимо использование интернет ресурсов.

Инструкция по выполнению заданий для обучающихся:

Задание №1.Запишите в рабочую тетрадь по Тема 1.2. Строительные материалы и изделия дату и тему занятия.

Задание №2.Изучите теоретический материал.

Задание №3.Изучить таблицу: Классификация металлов и сплавов.

Задание №4.Изучите материал, и выполнить опорный конспект в рабочей тетради по следующим вопросам: 1. Общие сведения о металлах и сплавах; 3. Углеродистые и легированные стали.

Теоретический материал.

Общие сведения о металлах и сплавах

Металлы – кристаллические вещества, характеризующиеся высокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и другими специфическими свойствами. Свойства металлов обусловлены их строением.
В технике обычно применяют не чистые металлы, а сплавы.
Сплавы– это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. В строительстве применяют сплавы железа с углеродом (сталь, чугун), меди и олова (бронза) и меди и цинка (латунь).
Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные.

К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (чугун и сталь).

Сталь– сплав железа с углеродом (до 2,14 %) и другими элементами. По химическому составу различают, стали углеродистые и легированные, а по назначению – конструкционные, инструментальные и специальные.

Чугун– сплав железа с углеродом (более 2,14 %), некоторым количеством марганца (до 2 %), кремния (до 5 %), а иногда и других элементов. В зависимости от строения и состава чугун бывает белый, серый и ковкий.

Физико – механические свойства металлов и их сплавов

Металлы Предел прочности при растяжении, МПа Плотность,кг/м 3
Чугун 100 - 600 7850
Углеродистая сталь 200 - 600 7850
Легированная сталь 500 - 1600 7850
Алюминиевые сплавы 100 - 3000 2500 - 3000
Титановые сплавы до 1500 4500 - 5000

К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана. Металлы очень технологичны: во-первых, изделия из них можно получать различными индустриальными методами (прокатом, волочением, штамповкой и т. п.), во-вторых, металлические изделия и конструкции легко соединяются друг с другом с помощью болтов, заклепок и сварки.
Высокая теплопроводность металлов требует устройства тепловой изоляции металлоконструкций зданий. Металлические конструкции зданий необходимо специально защищать от действия огня, т.к. они теряют устойчивость и деформируются. Большой ущерб экономике наносит коррозия металлов. Металлы широко применяют в других отраслях промышленности, поэтому их использование в строительстве должно быть обосновано экономически.

Классификация металлов и сплавов


2. Основы технологии черных металлов
Производство чугуна.

Основной способ производства черных металлов – получение чугуна и последующая его переработка в сталь. Для получения стали, используют металлолом и железную руду. Чугун получают в доменных печах высокотемпературной (до 1900°С) обработкой смеси железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Флюс (обычно известняк СаСО3) необходим для перевода пустой породы (состоящей в основном из SiO2 и Al2O3), содержащейся в руде и золы от сжигания топлива в расплавленное состояние. Эти компоненты, сплавляясь друг с другом, образуют доменный шлак, который представляет собой смесь силикатов и алюминатов кальция.

Доменная печь – сооружение с полезным объемом печи – 2000. 3000 м 3 , суточной производительностью – 5000…7000 т. В печь через устройство загружают шихту, а снизу через фурмы подают воздух. По мере продвижения шихты вниз ее температура поднимается. Кокс, сгорая в условиях органического доступа кислорода, образует СО, который, взаимодействует с оксидами железа, восстанавливает их до чистого железа, окисляясь до СО2. Железо плавиться, и при этом растворяется в себя углерод до 5%, превращаясь в чугун. Расплавленный чугун стекает в низ печи, а расплав шлака, как более легкий, находится сверху чугуна. Чугун и шлак периодически выпускают через летки и в ковш. На каждую тонну получается около 0,6 т огненно – жидкого шлака.



Схема доменной печи

Чугун главным образом 80% идет для производства стали остальная часть чугуна используется для получения литых чугунных изделий. В зависимости от состав различают белый и чугун твердый и прочный, содержит большое количество цемента; в сером из-за присутствия кремния цементит не образуется и углерод выделяется в виде графита.

Белыминазывают предельные чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита (карбид железа Fe3C). В изломе они имеют матово-белый цвет и характерный металлический блеск. Получают при быстром охлаждении расплава. Из-за большого содержания цементита белые чугуны обладают высокой твёрдостью (450…550 НВ), износостойкостью, хрупкостью, но плохо обрабатывается. Поэтому для изготовления изделий они не используется. Применяются как передельный чугун для производства стали или для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун.

Серыминазывают литейные чугуны с пластинчатой формой графита, в изломе

имеющие серый цвет. Содержание углерода в связанном состоянии составляет не более

0,5%. Получают при медленном охлаждении жидкого чугуна.

Производство стали.

Стальполучают из чугуна и железного металлолома и специальных добавок, в том числе и легирующих элементов, плавлением в мартеновских печей, конверторах и электрических печах. Выплавка стали – сложный процесс, складывающий из целого ряда химических реакций между сырьевой шихтой, добавки и топочными газами. Выплавку стали различают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление стальных изделий. Стальные слитки – полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под действием приложений силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. При обработке металла давлением практически нет отходов. Для облегчения обработки стали часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка. Наиболее распространенный метод обработки – прокатка. Им обрабатывается более 70% полученной стали.

При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и приобретает заданную форму. Прокатывают сталь в холодном состоянии. Сортамент стали горячего проката – сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля.

Приволочении заготовка последовательно протягивается через отверстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, и получают изделия заданных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка– обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.). Штамповка – разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа.

Штамповкаможет быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.
Прессование представляет собой процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие матрицы. Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.
Холодное профилирование – процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания – упрочненную холодносплющенную арматуру.

Определение металлов и сплавов

Исходя из природы конструкционных и инструментальных материалов, их можно разделить на следующие основные группы:

1. Металлические материалы, к которым относятся:

сплавы на основе железа – чистое железо, стали, чугуны;

стали и сплавы с особыми физическими свойствами (магнитные и немагнитные стали и сплавы, аморфные сплавы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, сплавы с эффектом памяти формы и т.д.);

цветные металлы и сплавы – алюминий и сплавы на его основе (деформирующиеся и литейные; упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой), медь и сплавы на ее основе (латуни, бронзы), титан и сплавы на его основе, подшипниковые сплавы и др.

композиционные материалы с металлической матрицей;

2. Неметаллические материалы:

полимерные органические материалы – пластмассы (термореактивные и термопластичные), резины;

композиционные материалы с неметаллической матрицей (стекло-пластики, углепластики, оргпластики и др.);

неорганические материалы (стекло, ситаллы, керамика);

3. Материалы со специальными свойствами – электронные материалы, материалы с особыми оптическими свойствами (волоконная оптика, люминофоры), проводниковые материалы.

Определение металлов и сплавов

Металлами называются вещества, атомы которых располагаются в определённом геометрическом порядке, образуя при этом кристаллы. Им присущ специфический металлический блеск. Кроме того, металлы обладают хорошей пластичностью, высокой теплопроводностью и электропроводностью. Это дает возможность обрабатывать их под давлением (прокатка, ковка, штамповка, волочение). Металлы обладают хорошими литейными свой­ствами, а также свариваемостью, способны работать при низких и высоких температурах. Металлические изделия и конструкции легко соединяются с помощью болтов, заклепок и сварки. Наряду с этим металлы обладают и существенными недостатками: имеют боль­шую плотность, при действии различных газов и влаги коррози­руют, а при высоких температурах значительно деформируются.

Существует такое определение как «чистый металл» оно весьма условно. Так как любой чистый металл содержит примеси, а потому его следует рассматривать как сплав. Под термином «чистый металл» всегда понимается металл, содержащий примеси 0,01–0,001 %. Современная металлургия позволяет получать металлы высокой чистоты (99,999 %). Однако примеси даже в малых количествах могут оказывать существенное влияние на свойства металла.

Чистые металлы обладают высокой пластичностью и низкой прочностью, что не обеспечивает требуемых физико-химических и технологических свойств. Поэтому их применение в строительстве и технике в качестве конструкционных материалов сильно ограничено. Наиболее широко используют сплавы, обладающие более высокой проч­ностью, твердостью и износостойкостью и т. д.

Сплавы – это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Так, например, прочность технического железа составляет примерно 250 МПа, при введении в железо углерода в количестве 0,9 мас.% прочность повышается до 980 МПа. Все металлы и образованные из них сплавы делят на две группы: черные и цветные

К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе – стали и чугуны, остальные металлы являются цветными. В стро­ительстве в основном применяют черные металлы – чугуны и стали для каркасов зданий, мостов, труб, кровли, арматуры в бетоне и для других металлических конструкций и изделий.

К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на осно­ве алюминия, меди, цинка, титана. Цветные металлы являются более дорогостоящими и дефицитными.

Чугун получают в ходе доменного процесса, основанного на восстановлении железа из его природных оксидов коксом при высокой температуре. Процесс восстановления железа оксидом углерода в верхней части доменной печи можно представить по обобщенной схеме: Fe2O3 > Fe3O4 > >FeO > Fe. Опускаясь в нижнюю часть печи, расплавленное железо соприкасается с коксом и пре­вращается в чугун.

Чугуны в зависимости от состава и структуры подразделяются на серые (углерод в виде цементита и свободного графита) и бе­лые (углерод в виде цементита). В зависимости от формы графита и условий его образования различают: серый, высокопрочный и ковкий чугуны.

Стали можно подразделить на две основные группы – углеродистые и легированные (рис. 1).

Углеродистые стали – основной конструкционный материал, который используется в различных областях промышленности. Они дешевле легированных и проще в производстве. В углеродистой стали свойства зависят от количества углерода, поэтому эти стали классифицируются на низкоуглеродистые, средне- и высокоугле­родистые.

Легированные стали содержат специально вводимые элементы для получения заданных свойств. По степени легированости стали подразделяются на низколегированные, средне- и высоколегиро­ванные.

Классификация сталей по качеству основывается на содержа­нии вредных примесей серы и фосфора. Различают углеродистую сталь обыкновенного качества, сталь качественную конструкци­онную и сталь высококачественную.

По назначению стали подразделяются на три группы: конструк­ционные, инструментальные и с особыми свойствами. Конструк­ционные углеродистые стали содержат углерод в количестве 0,02 – 0,7 мас.%, к ним относятся и строительные стали, содержащие до 0,3 мас.% углерода. Низкое содержание углерода обусловлено тем, что строительные конструкции соединяются сваркой, а углерод ухуд­шает свариваемость. Стали, содержащие углерод в пределах 0,7 – 1,5 мас.%, используют для изготовления режущего и ударного инст­румента. К группе сталей и сплавов с особыми свойствами отно­сятся коррозионностойкие, нержавеющие и кислотоупорные, жа­ропрочные и жаростойкие стали и т. д.

Читайте также: