Ճկուն երկաթ. հատկություններ, մակնշում և շրջանակ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 13:56

Չուգունը կոշտ, կոռոզիակայուն, բայց փխրուն երկաթ-ածխածնի համաձուլվածք է, որի ածխածնի C պարունակությունը տատանվում է 2,14-ից մինչև 6,67%: Չնայած բնորոշ թերությունների առկայությանը, այն ունի բազմազան տեսակներ, հատկություններ, կիրառություններ: Լայնորեն կիրառվում է ճկուն երկաթը։

Պատմություն

Այս նյութը հայտնի է մ.թ.ա 4-րդ դարից։ ե. Նրա չինական արմատները գտնվում են VI դարում։ մ.թ.ա ե. Եվրոպայում համաձուլվածքի արդյունաբերական արտադրության մասին առաջին հիշատակումը վերաբերում է 14-րդ, իսկ Ռուսաստանում՝ 16-րդ դարին: Բայց ճկուն երկաթի արտադրության տեխնոլոգիան արտոնագրվել է Ռուսաստանում 19-րդ դարում: Հետագայում մշակվել է A. D. Annosov-ի կողմից:

Քանի որ մոխրագույն չուգունները սահմանափակ են օգտագործման մեջ՝ ցածր մեխանիկական հատկությունների պատճառով, իսկ պողպատները թանկ են և ունեն ցածր կարծրություն և ամրություն, հարցը ծագեց հուսալի, դիմացկուն, կարծր մետաղի ստեղծման մասին, որը միևնույն ժամանակ ունի ամրության բարձրացում։ և որոշակի պլաստիկություն։

Չուգուն դարբնելը հնարավոր չէ, սակայն իր ճկուն բնութագրերի շնորհիվ այն իրեն հարմար է ճնշման որոշ տեսակների համար (օրինակ՝ դրոշմում):

Արտադրություն

Հիմնական ճանապարհը -հալվել պայթուցիկ վառարաններում։

հումք պայթուցիկ վառարանների վերամշակման համար՝

• Խմբաքանակ - երկաթի հանքաքար, որը պարունակում է մետաղ ֆերումի օքսիդների տեսքով։
• Վառելիք - կոքս և բնական գազ.
• Թթվածին - ներարկվում է հատուկ նիզակների միջոցով:
• Հոսքերը քիմիական գոյացումներ են, որոնք հիմնված են մանգանի և (կամ) սիլիցիումի վրա:

Պայթուցիկ վառարանի փուլեր:

1. Մաքուր երկաթի վերականգնում երկաթի հանքաքարի քիմիական ռեակցիաներով թթվածնով, որը մատակարարվում է նիզակների միջոցով:
2. Կոքսի այրում և ածխածնի օքսիդների առաջացում.
3. Մաքուր երկաթի ածխաջրացում CO-ի և CO-ի հետ ռեակցիաներում_2.
4. Fe_{3C-ի հագեցվածությունը մանգանով և սիլիցիումով, կախված պահանջվող ելքային հատկություններից:}
5. Պատրաստի մետաղի արտահոսք կաղապարների մեջ թուջե պտուտակների միջոցով; խարամների արտահոսք խարամների սալիկների միջով:

Աշխատանքային ցիկլի վերջում պայթուցիկ վառարանները ստանում են խոզի երկաթ, խարամ և պայթուցիկ վառարանային գազեր։

Պայթուցիկ վառարանի մետաղական արտադրանք

Կախված սառեցման արագությունից, միկրոկառուցվածքից, ածխածնով և հավելումներով հագեցվածությունից՝ հնարավոր է ձեռք բերել չուգունի մի քանի տեսակներ.

1. Գնվել է (սպիտակ)՝ կապակցված ածխածին, առաջնային ցեմենտիտ: Օգտագործվում են որպես հումք այլ երկաթ-ածխածնային համաձուլվածքների ձուլման, վերամշակման համար։ Արտադրված պայթուցիկ վառարանների համաձուլվածքների մինչև 80%-ը։
2. Ձուլարան (մոխրագույն)՝ ածխածին ամբողջությամբ կամ մասամբ ազատ գրաֆիտի, մասնավորապես՝ դրա թիթեղների տեսքով։ Օգտագործվում է ցածր պատասխանատվության մարմնի մասերի արտադրության համար: Արտադրված պայթուցիկ վառարանների ձուլվածքների մինչև 19%-ը։
3. Հատուկ՝ հարուստ ֆեռոհամաձուլվածքներով: Դիտարկվող արտադրության 1-2%-ը։

Դուք երկաթը ստացվում է խոզի երկաթի ջերմային մշակմամբ:

Երկաթի-ածխածնային կառուցվածքների տեսություն

Ածխածինը ֆերումով կարող է ձևավորել մի քանի տարբեր տեսակի համաձուլվածքներ՝ ըստ բյուրեղային ցանցի տեսակի, որը ցուցադրվում է միկրոկառուցվածքի տարբերակում:

1. Պինդ լուծույթի ներթափանցում α-երկաթի-ֆերիտի մեջ։
2. Պինդ լուծույթի ներթափանցում γ-երկաթի-աուստենիտի մեջ։
3. Քիմիական առաջացում Fe_{3C (կապված վիճակ) – ցեմենտիտ: Առաջնայինը ձևավորվում է հեղուկ հալոցքից արագ սառեցման արդյունքում: Երկրորդական - ավելի դանդաղ ջերմաստիճանի նվազում, ավստենիտից: Երրորդական - աստիճանական սառեցում, ֆերիտից։}
4. Ֆերիտի և ցեմենտիտի հատիկների մեխանիկական խառնուրդ՝ պեռլիտ.
5. Պեռլիտի կամ ավստենիտի և ցեմենտիտի հատիկների մեխանիկական խառնուրդ՝ լեդեբուրիտ։

Չուգունն ունի հատուկ միկրոկառուցվածք։ Գրաֆիտը կարող է լինել կապված ձևով և ձևավորել վերը նշված կառույցները, կամ կարող է լինել ազատ վիճակում՝ տարբեր ընդգրկումների տեսքով։ Հատկությունների վրա ազդում են ինչպես հիմնական հատիկները, այնպես էլ այդ գոյացությունները։ Գրաֆիտի ֆրակցիաները մետաղում ափսեներ, փաթիլներ կամ գնդիկներ են:

Շերտավոր ձևը բնորոշ է մոխրագույն երկաթ-ածխածնային համաձուլվածքներին։ Դա նրանց դարձնում է փխրուն և անվստահելի:

Փաթիլանման ներդիրներն ունեն ճկուն թուջեր, որոնք դրական են ազդում դրանց մեխանիկական աշխատանքի վրա:

Գրաֆիտի գնդաձև կառուցվածքն էլ ավելին էբարելավում է մետաղի որակը՝ ազդելով կարծրության, հուսալիության, զգալի բեռների ազդեցության վրա։ Բարձր ամրության չուգունն ունի այս հատկանիշները. Ճկուն թուջը որոշում է իր հատկությունները ֆերիտիկ կամ մարգարտյա հիմքերով՝ շերտավոր գրաֆիտի ներդիրների առկայությամբ:

Ֆերիտիկ ճկուն երկաթի արտադրություն

Պատրաստվում է սպիտակ խոզի հիպոէվեկտոիդ ցածր ածխածնային համաձուլվածքից՝ 2,4-2,8% ածխածնի պարունակությամբ ձուլակտորների հալման միջոցով և դրանց համապատասխան հավելումների առկայությամբ (Mn, Si, S, P): Կառուցված մասերի պատերի հաստությունը պետք է լինի ոչ ավելի, քան 5 սմ։ Զգալի հաստությամբ ձուլվածքների դեպքում գրաֆիտն ունի թիթեղների ձև և չի ստացվում ցանկալի հատկություններ։

Ֆերիտային հիմքով ճկուն երկաթ ստանալու համար մետաղը տեղադրում են հատուկ տուփերի մեջ և ցողում ավազով։ Ջեռուցման վառարաններում տեղադրվում են ամուր փակ տարաներ։ Հալման ընթացքում կատարեք գործողությունների հետևյալ հաջորդականությունը՝

1. Կառուցվածքները ջեռուցվում են ջեռոցներում մինչև 1000 ˚C ջերմաստիճան և թողնում են 10-ից 24 ժամ մշտական ջերմության վրա: Արդյունքում առաջնային ցեմենտիտը և լեդեբուրիտը քայքայվում են։
2. Մետաղը սառչում է մինչև 720˚С վառարանի հետ միասին։
3. 720 ˚С ջերմաստիճանում պահվում են երկար՝ 15-ից 30 ժամ։ Այս ջերմաստիճանը ապահովում է երկրորդային ցեմենտիտի քայքայումը։
4. Վերջնական փուլում դրանք կրկին սառչում են աշխատող վառարանի հետ միասին մինչև 500˚С, այնուհետև հեռացնում են օդ։

Նման տեխնոլոգիական կռումը կոչվում է գրաֆիտացում:

Կատարված աշխատանքից հետո նյութի միկրոկառուցվածքն էֆերիտ գրաֆիտի շերտավոր հատիկներով: Այս տեսակը կոչվում է «սևասիրտ», քանի որ ընդմիջումը սև է։

Պարլիտիկ ճկուն երկաթի արտադրություն

Սա երկաթ-ածխածնային համաձուլվածքի տեսակ է, որը նույնպես ծագում է հիպոէուտեկտոիդ սպիտակից, սակայն ածխածնի պարունակությունը դրանում ավելացել է՝ 3-3,6%։ Պերլիտի հիմքով ձուլվածքներ ստանալու համար դրանք տեղադրվում են տուփերի մեջ և ցանում մանրացված փոշիացված երկաթի հանքաքարով կամ թեփուկով։ Կառուցման պրոցեդուրան ինքնին պարզեցված է։

1. Մետաղի ջերմաստիճանը բարձրացվում է մինչև 1000˚C, պահվում է 60-100 ժամ։
2. Դիզայնը զով է վառարանով։

Ջերմության ազդեցության տակ թուլանալու պատճառով մետաղական միջավայրում առաջանում է դիֆուզիոն. ցեմենտիտի քայքայման արդյունքում արձակված գրաֆիտը մասամբ հեռանում է հալված մասերի մակերեսային շերտից՝ նստելով հանքաքարի կամ թեփուկի մակերեսին։ Ստացվում է կոշտ կենտրոնով «սպիտակասիրտ» ճկուն երկաթի ավելի փափուկ, ավելի ճկուն և ճկուն վերին շերտ:

Նման եռացումը կոչվում է թերի: Ապահովում է ցեմենտիտի և լեդեբուրիտի տարրալուծումը շերտավոր պեռլիտի մեջ՝ համապատասխան գրաֆիտով։ Եթե պահանջվում է հատիկավոր մարգարտյա ճկուն երկաթ՝ հարվածային ավելի մեծ ուժով և ճկունությամբ, ապա կիրառվում է նյութի լրացուցիչ տաքացում մինչև 720˚С: Սա հանգեցնում է մարգարիտի հատիկների ձևավորմանը՝ շերտավոր գրաֆիտի ներդիրներով:

Ֆերիտիկ ճկուն երկաթի հատկությունները, նշանները և կիրառությունները

Վառարանում մետաղի երկար «թուլացումը» հանգեցնում է ցեմենտիտի և լեդեբուրիտի ամբողջական քայքայմանը ֆերիտի: Շնորհիվտեխնոլոգիական հնարքներ, ստացվում է ածխածնի բարձր պարունակությամբ համաձուլվածք՝ ցածր ածխածնային պողպատին բնորոշ ֆերիտիկ կառուցվածք։ Այնուամենայնիվ, ածխածինը ինքնին ոչ մի տեղ չի անհետանում. այն երկաթի հետ կապված վիճակից անցնում է ազատ վիճակի: Ջերմաստիճանի էֆեկտը փոխում է գրաֆիտի ներդիրների ձևը շերտավոր:

Ֆերիտիկ կառուցվածքը առաջացնում է կարծրության նվազում, ամրության արժեքների բարձրացում, այնպիսի բնութագրերի առկայություն, ինչպիսիք են հարվածի ուժը և ճկունությունը:

Ֆերիտիկ դասի ճկուն արդուկների նշում՝ KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, որտեղ՝

KCh – սորտի նշանակում – ճկուն;

30, 33, 35, 37: σ_v, 300, 330, 350, 370 Ն/մմ^{2 - առավելագույն բեռնվածություն որ կարող է դիմակայել առանց փլվելու;}

6, 8, 10, 12 – հարաբերական երկարացում, δ, % – ճկունության ինդեքս (որքան մեծ է արժեքը, այնքան մետաղը կարող է մշակվել ճնշման միջոցով):

կարծրություն - մոտ 100-160 HB:

Այս նյութը, իր կատարողականությամբ, միջին դիրք է զբաղեցնում պողպատի և մոխրագույն երկաթ-ածխածնային խառնուրդի միջև: Մաշվածության դիմադրության, կոռոզիայից և հոգնածության ուժով ճկուն չուգունը զիջում է մարգարիտայինին, բայց ավելի բարձր՝ մեխանիկական դիմացկունությամբ, ճկունությամբ և ձուլման բնութագրերով: Իր ցածր գնի շնորհիվ այն լայնորեն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ ցածր և միջին ծանրաբեռնվածության տակ աշխատող մասերի արտադրության համար՝ շարժակների, բեռնախցիկների, հետևի առանցքների, սանտեխնիկայի:

Պարլիտիկ ճկուն երկաթի հատկությունները, նշանները և կիրառությունները

Թերի հալման պատճառով առաջնային, երկրորդային ցեմենտիտները և լեդեբուրիտը ժամանակ ունեն ամբողջովին լուծվելու ավստենիտի մեջ, որը 720 ˚С ջերմաստիճանի դեպքում վերածվում է մարգարիտի։ Վերջինս ֆերիտի և երրորդային ցեմենտիտի հատիկների մեխանիկական խառնուրդ է։ Փաստորեն, ածխածնի մի մասը մնում է կապված վիճակում, որոշում է կառուցվածքը, իսկ մի մասը «ազատվում» է շերտավոր գրաֆիտի մեջ։ Այս դեպքում պեռլիտը կարող է լինել շերտավոր կամ հատիկավոր։ Այսպիսով, ձևավորվում է մարգարտյա ճկուն երկաթ: Դրա հատկությունները պայմանավորված են իր հագեցած, ավելի կոշտ և պակաս ճկուն կառուցվածքով:

Սրանք, համեմատած ֆերիտի հետ, ունեն ավելի բարձր հակակոռոզիոն, մաշվածության դիմացկուն հատկություններ, նրանց ամրությունը շատ ավելի բարձր է, բայց ավելի ցածր ձուլման հատկություններ և ճկունություն: Մեխանիկական սթրեսի նկատմամբ ճկունությունը մեծանում է մակերեսորեն՝ պահպանելով արտադրանքի միջուկի կարծրությունն ու մածուցիկությունը:

Դյուրահալ չուգունի պեռլիտիկ դասի նշում՝ KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

Առաջին նիշը ուժի նշանակումն է՝ համապատասխանաբար 450, 500, 560, 600, 650, 700 և 800 Ն/մմ2:

Երկրորդ - պլաստիկության նշանակումը՝ երկարացում δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 և 1, 5.

Պերլիտիկ ճկուն չուգուն օգտագործվել է մեքենաշինության մեջ և գործիքավորման մեջ՝ ծանր բեռների տակ աշխատող կառույցների համար՝ ինչպես ստատիկ, այնպես էլ դինամիկ. ճարմանդային լիսեռներ, ծնկաձողային լիսեռներ, ճարմանդային մասեր, մխոցներ, միացնող ձողեր:

Ջերմային բուժում

Ջերմային մշակման արդյունքում ստացված նյութը, այն է՝ եռացումը, կարող է վերամշակվել.ենթարկվել ջերմաստիճանի ազդեցության. Նրանց հիմնական նպատակն է էլ ավելի բարձրացնել ուժը, մաշվածության դիմադրությունը, կոռոզիայից և ծերացման դիմադրությունը:

1. Կարծրացումն օգտագործվում է բարձր կարծրություն և ամրություն պահանջող կառույցների համար; արտադրվում է մինչև 900˚С ջեռուցմամբ, մասերը սառչում են միջինը մոտ 100˚С/վրկ՝ հաստոցային յուղի միջոցով: Դրան հաջորդում է բարձր կոփումը մինչև 650˚С տաքացումով և օդի սառեցմամբ։
2. Նորմալացումն օգտագործվում է միջին չափի պարզ մասերի համար՝ տաքացնելով ջեռոցում մինչև 900 ˚С, պահելով այս ջերմաստիճանում 1-ից 1,5 ժամ տևողությամբ, այնուհետև օդում սառեցնելով։ Ապահովում է տրոստիտի հատիկավոր պեռլիտ, նրա կարծրություն և հուսալիություն շփման և մաշվածության մեջ: Օգտագործվում է մարգարիտային հիմքով հակաշփվող ճկուն թուջեր ստանալու համար։
3. Հակաշերտի արտադրության մեջ կրկնվում է հալումը. ջեռուցում` մինչև 900˚С, երկարատև պահում այս ջերմության վրա, հովացում վառարանի հետ միասին: Ապահովված է հակաշփման ճկուն երկաթի ֆերիտիկ կամ ֆերիտիկ-պերլիտիկ կառուցվածքը:

Չուգունից պատրաստված արտադրանքի ջեռուցումը կարող է իրականացվել տեղական կամ համակցված: Տեղական օգտագործման համար՝ բարձր հաճախականության հոսանքներ կամ ացետիլենային բոց (կարծրացում): Համալիր - ջեռուցման վառարանների համար: Տեղական տաքացման դեպքում միայն վերին շերտն է կարծրանում, մինչդեռ դրա կարծրությունն ու ամրությունը մեծանում են, բայց միջուկի պլաստիկությունն ու մածուցիկությունը մնում են։

Այստեղ կարևոր է նշել, որ չուգուն դարբնելը անհնար է ոչ միայն մեխանիկական անբավարարության պատճառովբնութագրերը, այլ նաև ջերմաստիճանի կտրուկ անկման նկատմամբ նրա բարձր զգայունության պատճառով, որն անխուսափելի է ջրային սառեցմամբ կարծրացնելիս:

Հակասփռման ճկուն արդուկներ

Այս տեսակը վերաբերում է ինչպես ճկուն, այնպես էլ համաձուլվածքին, դրանք մոխրագույն են (ASF), ճկուն (ASC) և բարձր ամրության (ACS): ԱՉԿ-ի արտադրության համար օգտագործվում է ճկուն երկաթ, որը կռվում կամ նորմալացվում է: Գործընթացներն իրականացվում են դրա մեխանիկական հատկությունները մեծացնելու և նոր բնութագիր ձևավորելու համար՝ մաշվածության դիմադրություն այլ մասերի հետ շփման ժամանակ։

Նշված է՝ AChK-1, AChK-2: Այն օգտագործվում է ծնկաձև լիսեռների, շարժակների, առանցքակալների արտադրության համար։

Հավելումների ազդեցությունը հատկությունների վրա

Բացի երկաթ-ածխածնային հիմքից և գրաֆիտից, դրանք պարունակում են նաև այլ բաղադրիչներ, որոնք նույնպես որոշում են չուգունի հատկությունները՝ մանգան, սիլիցիում, ֆոսֆոր, ծծումբ և միաձուլման որոշ տարրեր:

Մանգանը բարձրացնում է հեղուկ մետաղի հեղուկությունը, կոռոզիոն դիմադրությունը և մաշվածության դիմադրությունը: Այն օգնում է բարձրացնել կարծրությունը և ամրությունը, ածխածինը կապում է երկաթի հետ քիմիական բանաձևով Fe_{3C, առաջանում է հատիկավոր պեռլիտի:}

Սիլիցիումը նաև դրական է ազդում հեղուկ համաձուլվածքի հեղուկության վրա, նպաստում է ցեմենտիտի քայքայմանը և գրաֆիտի ներդիրների ազատմանը:

Ծծումբը բացասական, բայց անխուսափելի բաղադրիչ է: Այն նվազեցնում է մեխանիկական և քիմիական հատկությունները, խթանում է ճաքերի առաջացումը։ Այնուամենայնիվ, դրա բովանդակության ռացիոնալ հարաբերակցությունը այլ տարրերի հետ (օրինակ, մանգանի հետ) թույլ է տալիսճիշտ միկրոկառուցվածքային գործընթացները. Այսպիսով, Mn-S 0,8-1,2 հարաբերակցությամբ պեռլիտը պահպանվում է ջերմաստիճանի ազդեցության ցանկացած ժամանակ։ Երբ հարաբերակցությունը հասցվում է 3-ի, հնարավոր է դառնում ստանալ ցանկացած անհրաժեշտ կառուցվածք՝ կախված նշված պարամետրերից։

Ֆոսֆորը փոխում է հեղուկությունը դեպի լավը, ազդում է ուժի վրա, նվազեցնում է ազդեցության ուժն ու ճկունությունը, ազդում է գրաֆիտացման տևողության վրա:

Քրոմը և մոլիբդենը խոչընդոտում են գրաֆիտի փաթիլների առաջացմանը, որոշ բովանդակությամբ նպաստում են հատիկավոր պեռլիտի առաջացմանը։

Վոլֆրամը բարելավում է մաշվածության դիմադրությունը բարձր ջերմաստիճանի վայրերում:

Ալյումինը, նիկելը, պղինձը նպաստում են գրաֆիտացմանը։

Կարգավորելով երկաթ-ածխածին համաձուլվածքը կազմող քիմիական տարրերի քանակը, ինչպես նաև դրանց հարաբերակցությունը՝ հնարավոր է ազդել չուգունի վերջնական հատկությունների վրա։

Առավելություններ և թերություններ

Ճկուն երկաթը նյութ է, որը լայնորեն օգտագործվում է ճարտարագիտության մեջ: Դրա հիմնական առավելությունները՝

• բարձր կարծրություն, մաշվածության դիմադրություն, ամրություն և հեղուկություն;
• նորմալ ամրության և ճկունության բնութագրեր;
• արտադրելիությունը ձևավորման մեջ՝ ի տարբերություն մոխրագույն չուգունի;
• հատուկ մասի հատկությունները շտկելու տարբեր տարբերակներ ջերմային և քիմիական-ջերմային մշակման մեթոդներով;
• ցածր արժեք։

Թերությունները ներառում են անհատական հատկանիշներ.

• փխրունություն;
• գրաֆիտի ընդգրկումների առկայություն;
• վատ կտրող կատարում;
• ձուլվածքների զգալի քաշ։

Չնայած առկա թերություններին, ճկուն երկաթը պատասխանատու տեղ է զբաղեցնում մետալուրգիայի և ճարտարագիտության մեջ։ Դրանից պատրաստվում են այնպիսի կարևոր մասեր, ինչպիսիք են ծնկաձողերը, արգելակման բարձիկների մասերը, փոխանցման անիվները, մխոցները, միացնող ձողերը։ Ունենալով դասակարգերի աննշան բազմազանություն՝ ճկուն երկաթը արդյունաբերության մեջ առանձին տեղ է զբաղեցնում։ Դրա օգտագործումը բնորոշ է այն բեռների համար, որոնց դեպքում այլ նյութերի օգտագործումը քիչ հավանական է։