Цутгамал төмрийн төрөл, ангилал, найрлага, шинж чанар, тэмдэглэгээ, хэрэглээ

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Өнөөдөр хүний амьдралд цутгамал төмрийг ашигладаггүй газар бараг байхгүй. Энэ материал нь хүн төрөлхтөнд нэлээд удаан хугацаанд мэдэгдэж байсан бөгөөд практик талаасаа өөрийгөө маш сайн нотолсон. Цутгамал төмөр нь маш олон төрлийн эд анги, угсралт, механизмын үндэс суурь бөгөөд зарим тохиолдолд түүнд өгөгдсөн чиг үүргийг гүйцэтгэх чадвартай бие даасан бүтээгдэхүүн юм. Тиймээс, энэ нийтлэлд бид энэ төмөр агуулсан нэгдлүүдийг анхаарч үзэх болно. Мөн бид ямар төрлийн цутгамал төмрийн физик, химийн шинж чанарыг олж мэдэх болно.

Тодорхойлолт

Цутгамал нь төмөр, нүүрстөрөгчийн жинхэнэ өвөрмөц хайлш бөгөөд Fe 90% -иас дээш, C нь 6.67% -иас ихгүй боловч 2.14% -иас багагүй байна. Мөн нүүрстөрөгчийг цутгамал төмрөөс цементит эсвэл бал чулуу хэлбэрээр олж болно.

Нүүрстөрөгч нь хайлшийг хангалттай өндөр хатуулагтай болгодог боловч нэгэн зэрэг уян хатан чанар, уян хатан чанарыг бууруулдаг. Үүний үр дүнд цутгамал төмөр нь хэврэг материал юм. Мөн цутгамал төмрийн тодорхой агуулгад тусгай нэмэлтүүд нэмдэг бөгөөд энэ нь нэгдэлд тодорхой шинж чанарыг өгч чаддаг. Хайлшлах элементүүдийн үүрэг нь никель, хром, ванади, хөнгөн цагаан байж болно. Цутгамал төмрийн нягтын индекс нь шоо метр тутамд 7200 килограмм байна. Эндээс ингэж дүгнэж болноцутгамал төмрийн жин нь бага гэж хэлж болохгүй үзүүлэлт юм.

Түүхэн мэдээлэл

Төмөр хайлуулах аргыг хүн төрөлхтөнд эртнээс мэддэг байсан. Хайлшийн тухай анхны дурдагдсан нь МЭӨ 6-р зуунаас эхэлдэг.

Эрт дээр үед Хятад улс хайлах цэг нь харьцангуй бага ширэм үйлдвэрлэдэг байжээ. Цутгамал төмрийг Европт 14-р зууны үед буюу тэсэлгээний зуух анх ашиглаж эхэлсэн үед үйлдвэрлэж эхэлсэн. Тухайн үед ийм төмрийн цутгамал нь зэвсэг, хясаа, барилгын эд анги үйлдвэрлэхэд ашигладаг байсан.

Орос улсад цутгамал төмрийн үйлдвэрлэл 16-р зуунд идэвхтэй эхэлсэн бөгөөд дараа нь хурдацтай өргөжсөн. I Петрийн үед Оросын эзэнт гүрэн төмрийн үйлдвэрлэлээрээ дэлхийн бүх улсыг тойрч гарах боломжтой байсан ч зуун жилийн дараа хар төмөрлөгийн зах зээлд дахин байр сууриа алдаж эхэлсэн.

Цутгамал төмрийг дундад зууны үеэс эхлэн төрөл бүрийн урлагийн бүтээл туурвихад ашиглаж ирсэн. Тодруулбал, 10-р зуунд Хятадын мастерууд жин нь 100 тонн давсан арслангийн жинхэнэ өвөрмөц дүрсийг цутгажээ. 15-р зуунаас Германд, түүнээс хойш бусад оронд цутгамал төмрийн цутгамал өргөн тархсан. Хашаа, тор, цэцэрлэгт хүрээлэнгийн баримал, цэцэрлэгийн тавилга, булшны чулууг эндээс хийсэн.

18-р зууны сүүлийн жилүүдэд Оросын архитектурт төмрийн цутгамал хамгийн их оролцдог байв. 19-р зууныг ерөнхийдөө "цутгамал төмрийн эрин үе" гэж нэрлэдэг байсан, учир нь хайлшийг архитектурт маш идэвхтэй ашигладаг байсан.

Онцлогууд

Янз бүрийн төрөл байдагцутгамал төмрийн хувьд энэ металлын нэгдлийн дундаж хайлах цэг нь Цельсийн 1200 градус орчим байдаг. Энэ үзүүлэлт нь ган хайлуулахад шаардагдах хэмжээнээс 250-300 градусаар бага байна. Энэ ялгаа нь нүүрстөрөгчийн нэлээд өндөр агууламжтай холбоотой бөгөөд энэ нь молекулын түвшинд төмрийн атомуудтай бага нягт холбоо тогтооход хүргэдэг.

Хайлуулах болон дараагийн талстжих үед цутгамал төмрийн агуулагдах нүүрстөрөгч нь төмрийн молекулын торонд бүрэн нэвтэрч амждаггүй тул цутгамал төмөр нь эцэстээ нэлээд хэврэг болж хувирдаг. Үүнтэй холбоотойгоор тогтмол динамик ачаалалтай газарт үүнийг ашигладаггүй. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн хүч чадлын шаардлага нэмэгдсэн хэсгүүдэд энэ нь маш тохиромжтой.

Үйлдвэрлэлийн технологи

Бүх төрлийн ширэмийг тэсэлгээний зууханд үйлдвэрлэдэг. Үнэн хэрэгтээ, хайлуулах үйл явц нь өөрөө ноцтой материаллаг хөрөнгө оруулалт шаарддаг нэлээд хүнд ажил юм. Нэг тонн ширэм үйлдвэрлэхэд 550 кг кокс, бараг нэг тонн ус шаардагдана. Зууханд ачигдсан хүдрийн хэмжээ нь төмрийн агууламжаас хамаарна. Ихэнхдээ хүдэр ашигладаг бөгөөд төмрийн агууламж дор хаяж 70% байдаг. Элементийн концентраци бага байх нь зохимжгүй, учир нь үүнийг ашиглах нь хэмнэлтгүй болно.

Эхний шатны үйлдвэрлэл

Хайлуулах төмөр нь дараах байдалтай байна. Юуны өмнө хүдэр, түүнчлэн коксжих нүүрсний зэрэглэлийг зууханд цутгадаг бөгөөд энэ нь зуухны босоо амны доторх шаардлагатай температурыг дарах, хадгалахад үйлчилдэг. Үүнээс гадна эдгээр бүтээгдэхүүн нь шаталтын явцад явагдаж буй химийн урвалд идэвхтэй оролцдогтөмрийг бууруулах бодисын үүрэг.

Үүний зэрэгцээ зууханд флюс ачаалагддаг бөгөөд энэ нь катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь чулууг хурдан хайлахад тусалдаг бөгөөд энэ нь төмрийн ялгаралтыг дэмждэг.

Хүдрийг зууханд ачихаас өмнө тусгай урьдчилсан боловсруулалт хийдэг гэдгийг анхаарах нь чухал. Энэ нь бутлах үйлдвэрт буталсан (жижиг тоосонцор илүү хурдан хайлдаг). Дараа нь металл агуулаагүй тоосонцорыг арилгахын тулд угаана. Үүний дараа түүхий эдийг шатааж, үүнээс болж хүхэр болон бусад гадны элементүүдийг зайлуулдаг.

Үйлдвэрлэлийн хоёр дахь шат

Байгалийн хийг тусгай шатаагчаар дамжуулан зууханд ачаалж, ажиллуулахад бэлэн болгодог. Кокс нь түүхий эдийг халаана. Энэ тохиолдолд нүүрстөрөгч ялгардаг бөгөөд энэ нь хүчилтөрөгчтэй нийлж, исэл үүсгэдэг. Энэ исэл нь дараа нь хүдрээс төмрийг гаргаж авахад оролцдог. Зууханд байгаа хийн хэмжээ ихсэх тусам химийн урвалын хурд буурч, тодорхой харьцаанд хүрэхэд бүрмөсөн зогсдог гэдгийг анхаарна уу.

Илүүдэл нүүрстөрөгч нь хайлмагт нэвтэрч, төмөртэй нэгдэж, эцэст нь цутгамал төмрийг үүсгэдэг. Хайлаагүй бүх элементүүд гадаргуу дээр байгаа бөгөөд эцэст нь арилдаг. Энэ хаягдлыг шаар гэж нэрлэдэг. Үүнийг бусад материалыг үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Ийм аргаар гаргаж авсан цутгамал төмрийн төрлийг цутгах ба ширэм гэнэ.

Ялгарал

Цутгамал төмрийн орчин үеийн ангилал нь эдгээр хайлшийг дараах төрлүүдэд хуваадаг:

• Цагаан.
• Хагас.
• Саарал графиттай.
• Өндөр бат бэх зангилааны бал чулуу.
• Уялгар.

Тус бүрийг тусад нь харцгаая.

Цагаан ширмэн

Энэ ширэм нь бараг бүх нүүрстөрөгчийг химийн аргаар холбосон төмөр юм. Механик инженерийн хувьд энэ хайлшийг тийм ч их ашигладаггүй, учир нь энэ нь хатуу, гэхдээ маш хэврэг байдаг. Мөн янз бүрийн зүсэх хэрэгслээр боловсруулах боломжгүй тул ямар ч боловсруулалт шаарддаггүй эд ангиудыг цутгахад ашигладаг. Хэдийгээр энэ төрлийн цутгамал төмөр нь зүлгүүрийн дугуйгаар нунтаглах боломжийг олгодог. Цагаан цутгамал төмөр нь энгийн болон хайлштай байж болно. Үүний зэрэгцээ түүнийг гагнах нь хүндрэл үүсгэдэг, учир нь энэ нь хөргөх эсвэл халаах явцад янз бүрийн хагарал үүсэх, мөн гагнуурын цэг дээр үүссэн бүтцийн нэг төрлийн бус байдлаас шалтгаална.

Элэгддэггүй цагаан ширэмийг хурдан хөргөх явцад шингэн хайлшийг анхдагч талсжуулах замаар гаргаж авдаг. Тэдгээрийг ихэвчлэн хуурай үрэлтийн хэрэглээнд (жишээ нь, тоормосны дэвсгэр) эсвэл элэгдэл, халуунд тэсвэртэй эд анги үйлдвэрлэхэд ашигладаг (гулсмал тээрмийн өнхрөх).

Дашрамд хэлэхэд, цагаан ширэм нь түүний хугарлын харагдах байдал нь цайвар талст, гэрэлтсэн гадаргуутай тул ийм нэрийг авсан. Энэхүү цутгамал төмрийн бүтэц нь ледебурит, перлит, хоёрдогч цементитийн хослол юм. Хэрэв энэ цутгамал төмрийг хайлш болговол перлит болж хувирнатроостит, аустенит эсвэл мартенсит.

Хагас ширэм

Цутгамал төмрийн ангилал нь энэ төрлийн металлын хайлшийг дурдахгүй бол бүрэн гүйцэд биш байх болно.

Энэхүү цутгамал төмөр нь бүтэцдээ карбидын эвтектик ба бал чулуу хосолсон шинж чанартай. Ерөнхийдөө бүрэн бүтэц нь дараахь хэлбэртэй байна: бал чулуу, перлит, ледебурит. Хэрэв цутгамал төмрийг дулааны боловсруулалт эсвэл хайлшаар хийвэл энэ нь аустенит, мартенсит эсвэл ацикуляр троостит үүсэхэд хүргэдэг.

Энэ төрлийн ширэм нь нэлээд хэврэг тул хэрэглээ нь маш хязгаарлагдмал. Энэ хайлш нь өөрөө ийм нэрийг авсан учир нь түүний хугарал нь талст бүтцийн бараан ба цайвар хэсгүүдийн хослол юм.

Хамгийн түгээмэл инженерийн материал

Саарал цутгамал ГОСТ 1412-85 нь 3.5% нүүрстөрөгч, 1.9-2.5% цахиур, 0.8% хүртэл манган, 0.3% хүртэл фосфор, 0, 12% хүхэр агуулдаг.

Ийм цутгамал төмрийн графит нь давхарга хэлбэртэй байдаг. Үүнд тусгайлан өөрчлөлт оруулах шаардлагагүй.

Графит хавтан нь хүчтэй сулруулах нөлөөтэй тул саарал ширэм нь цохилтын хүч багатай, суналт бараг бүрэн байхгүй (0.5% -иас бага) юм.

Саарал ширэм сайн боловсруулагдсан. Хайлшийн бүтэц нь дараах байдалтай байж болно:

• Феррит-графит.
• Феррит-судан-графит.
• Перлит-графит.

Саарал ширэм нь суналтаас илүү шахалтанд илүү сайн ажилладаг. Тэр ч басгагнуур нь маш сайн, гэхдээ энэ нь урьдчилан халаах шаардлагатай бөгөөд дүүргэгч материал болгон цахиур, нүүрстөрөгчийн өндөр агууламжтай тусгай цутгамал төмөр саваа ашиглах ёстой. Урьдчилан халаахгүй бол ширэм нь гагнуурын хэсэгт цайрах тул гагнуур хийхэд хэцүү байх болно.

Саарал ширэм нь цочрол ачаалалгүйгээр ажилладаг эд анги (дамар, бүрээс, ор) үйлдвэрлэхэд хэрэглэгддэг.

Энэхүү цутгамал төмрийн тэмдэглэгээ нь дараах зарчмын дагуу явагдана: SCH 25-52. Хоёр үсэг нь энэ нь саарал цутгамал төмөр гэдгийг харуулж байна, 25 тоо нь суналтын бат бэхийн үзүүлэлт (МПа эсвэл кгф / мм 2), 52 тоо нь одоогийн суналтын бат бэх юм. гулзайлтын.

Эвхдэг төмөр

Зангилаат цутгамал нь зангилааны бал чулуу агуулсан гэдгээрээ бусад "ах нар"-аас үндсэндээ ялгаатай. Үүнийг шингэн хайлш руу тусгай хувиргагч (Mg, Ce) нэвтрүүлэх замаар олж авдаг. Бал чулуун орцуудын тоо болон тэдгээрийн шугаман хэмжээсүүд өөр байж болно.

Бөөрөнхий бал чулуу юугаараа сайн бэ? Ийм хэлбэр нь металын суурийг хамгийн бага хэмжээгээр сулруулдаг бөгөөд энэ нь эргээд перлит, феррит эсвэл перлит-феррит байж болно.

Дулааны боловсруулалт эсвэл хайлшийг ашигласан тул цутгамал төмрийн суурь нь ацикуляр-троостит, мартенсит, аустенит байж болно.

Уян хатан төмрийн зэрэглэл нь өөр өөр боловч ерөнхийд нь түүний тэмдэглэгээ нь дараах байдалтай байна: VCh 40-5. HF нь өндөр бат бэх цутгамал төмөр гэдгийг таахад хялбар байдаг, 40 тоо нь үзүүлэлт юмсуналтын бат бэх (кгф/мм2), 5-ын тоо нь суналттай харьцангуй хувиар илэрхийлэгдэнэ.

Эвхдэг төмөр

Уян хатан төмрийн бүтэц нь гөлгөр эсвэл бөмбөрцөг хэлбэртэй бал чулуу байх явдал юм. Үүний зэрэгцээ үйрмэг бал чулуу нь өөр өөр нарийн ширхэгтэй, нягтралтай байж болох бөгөөд энэ нь эргээд цутгамал төмрийн механик шинж чанарт шууд нөлөөлдөг.

Үйлдвэрийн уян харимхай төмрийг ихэвчлэн феррит суурьтай үйлдвэрлэдэг бөгөөд энэ нь илүү уян хатан чанарыг өгдөг.

Феррит уян төмрийн хугарлын харагдах байдал нь хар хилэн шиг харагддаг. Бүтэц дэх перлитийн хэмжээ их байх тусам хугарал хөнгөн болно.

Ерөнхийдөө 800-950 хэм хүртэл халсан зууханд удаан хатсаны улмаас цагаан төмрийн цутгамалаас уян харимхай төмрийг гаргаж авдаг.

Өнөөдөр уян хатан төмөр хийх хоёр арга бий: Европ болон Америк.

Америкийн арга бол хайлшийг 800-850 градусын температурт элсэнд шингээх явдал юм. Энэ процесст бал чулуу нь хамгийн цэвэр төмрийн ширхэгийн хооронд байрладаг. Үүний үр дүнд цутгамал төмөр наалдамхай болдог.

Европын аргаар цутгамал төмрийн хүдэрт ганхаж байна. Үүний зэрэгцээ температур нь ойролцоогоор 850-950 хэм байна. Нүүрстөрөгч нь төмрийн хүдэрт ордог тул цутгамал материалын гадаргуугийн давхарга нь нүүрстөрөгчгүй болж, зөөлөн болдог. Цутгамал нь уян хатан болж, гол нь хэврэг хэвээр байна.

Зуурдаг төмрийн тэмдэглэгээ: KCh 40-6, KCh нь мэдээж уян хатан төмөр; 40 - суналтын бат бэхийн индекс;6 – сунгалт, %.

Бусад үзүүлэлт

Цутгамал төмрийг бат бэхээр нь хуваах тухайд энд дараах ангиллыг хэрэглэнэ:

• Ердийн хүч: σv 20 кг/мм хүртэл2.
• Нэмэгдсэн бат бэх: σv=20 - 38 кг/мм2.
• Өндөр хүч чадал: σv=40 кг/мм2 ба түүнээс дээш.

Уян хатан байдлын дагуу цутгамал төмрийг дараахь байдлаар хуваана.

• Уян хатан бус - 1%-иас бага суналт.
• Бага хуванцар - 1%-аас 5% хүртэл.
• Хуванцар - 5%-аас 10% хүртэл.
• Хуванцар чанар нэмэгдсэн - 10%-иас дээш.

Төгсгөлд нь хэлэхэд аливаа цутгамал төмрийн шинж чанар нь цутгах хэлбэр, шинж чанараас ч ихээхэн нөлөөлдөг гэдгийг тэмдэглэхийг хүсч байна.