Ce este fierul: compoziția și conținutul de carbon din aliaj

Compoziția chimică a fontei

Fonta este un aliaj de fier și carbon, în care procentul de carbon nu este mai mic de 2,14%, dar nu mai mult de 4,5%. Carbonul face parte din fontă sub formă de cementită sau grafit. Dacă procentul de conținut de carbon este mai mic de 2,14%, un astfel de aliaj se numește oțel.

Se știe că aliajul din fontă a fost produs pentru prima dată în China în secolul al VI-lea. În Europa, secretul producției sale a venit în secolul al XIV-lea, iar în Rusia compoziția sa a fost perfecționată abia în secolul al XVII-lea. De atâta timp, formula de fontă nu sa schimbat.

Materialul cel mai de înaltă calitate a fost produs la turnătoria fraților Demidov, situate în Ural.

După expirarea secolelor, nu numai că nu și-a pierdut relevanța, dar a dobândit o gamă mai largă de aplicații.

Soiuri de material

Există astfel de tipuri de fontă ca limită și piesă turnată. Primul este utilizat în producția de oțel de-a lungul căii de conversie a oxigenului. Siliconul și manganul într-un astfel de aliaj sunt conținute în cantități foarte mici. Tipul de turnare al materialului este utilizat mai mult în industrie și producție. Acesta, la rândul său, este împărțit în următoarele tipuri:

• Aluminiu alb - în el carbonul este carbură de fier. În același timp, un val alb este vizibil pe vina sa, de unde a venit numele său. În forma sa pură nu este folosit. Se utilizează în producția de fontă maleabilă.
• Fonta cenușie este caracterizată printr-un val argintiu la fractură. Are un domeniu larg de aplicare și este perfect prelucrat cu ajutorul incisivilor.
• Aliajul de înaltă rezistență este utilizat pentru a îmbunătăți caracteristicile de rezistență ale materialului fabricat. Se obține din fontă cenușie prin adăugarea la masa ei a unei impurități de magneziu.
• Fonta ductilă este, de asemenea, una dintre varietățile de fontă cenușie. Numele său indică faptul că a crescut plasticitatea și este obținut din fontă albă prin recoacere.
• Jumătate - are proprietăți speciale. O parte din carbonul din compoziția sa este sub formă de grafit, restul - sub formă de cementită.

Caracteristicile aliajului

Caracteristica principală a fontei este ascunsă în procesul de fabricare a acesteia. Faptul este că în diferitele tipuri de acest aliaj punctul de topire atinge 1200 ° C, în timp ce în oțel este de 1500 ° C. Acest factor este afectat de un conținut de carbon prea ridicat. Atomii de fier și de carbon nu sunt foarte apropiați unul de celălalt.

Când se produce topirea, atomii de carbon nu pot pătrunde complet laturile moleculare ale fierului, din cauza căruia aliajul din fontă devine fragil. În acest sens, nu este utilizat în fabricarea pieselor care vor fi supuse în mod constant stresului.

Acest material se referă la ramura de metalurgie feroasă și în caracteristicile sale este similar cu oțel. Produsele din fontă și oțel sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi și sunt în întregime justificate.

Dacă comparăm caracteristicile acestor metale, putem trage următoarele concluzii:

1. Costul produselor din oțel este mai mare decât costul fontei.
2. Diferențele de culoare: fonta este întunecată și mată, iar oțelul este ușor și strălucitor.
3. Oțelul este mai puțin susceptibil de a fi turnat, dar, spre deosebire de fontă, se dă mai ușor la forjare și sudare.
4. Otelul are o rezistenta mai mare decat fonta.
5. Oțelul are o greutate mai mare.
6. În el, conținutul de carbon este mai mic decât în ​​fontă.

Avantaje și dezavantaje

Acest material, ca oricare altul, are punctele forte și slăbiciunile sale.

Avantajele fontei includ astfel de factori:

• Uneori este chiar comparat din punct de vedere al caracteristicilor cu oțelul, deoarece anumite tipuri se disting prin puterea lor sporită.
• Pentru o perioadă lungă de timp, temperatura este menținută: atunci când este încălzită, căldura este distribuită uniform pe ea și rămâne neschimbată pentru o perioadă lungă de timp.
• Este un material ecologic, datorită a ceea ce este adesea folosit în fabricarea de feluri de mâncare, care va pregăti direct produsele alimentare.
• Nu reacționează la mediul acido-bazic.
• Este un material durabil.
• Cu cât produsul este folosit mai mult din acest material, cu atât calitatea acestuia devine mai bună.
• Acest material este absolut inofensiv pentru corpul uman.

Printre aceste neajunsuri se numără următorii factori:

• Poate deveni ruginit chiar dacă apa se găsește în ea pentru o perioadă scurtă de timp.
• Este un material foarte scump, dar, în ciuda acestui fapt, se justifică pe deplin. Calitatea, practicul și fiabilitatea sunt principalele caracteristici ale produselor fabricate din acest aliaj.
• Fonta cenușie este caracterizată printr-o plasticitate mică.
• Albul este foarte fragil și merge mai des la retutare.

Caracteristicile și proprietățile fontei

Acest aliaj metalic are următoarele proprietăți:

1. Proprietăți fizice: greutatea specifică, contracția reală, coeficientul de expansiune liniară. De exemplu, conținutul de carbon din fontă afectează în mod direct gravitatea sa specifică.
2. Proprietăți termice. Conductivitatea termică este de obicei calculată prin regula de părtinire. Pentru o stare solidă a unui metal, căldura specifică volumului este de 1 cal / cm3 * ° C. Dacă metalul este în stare lichidă, acesta este aproximativ egal cu 1,5 cal / cm3 * oC.
3. Proprietăți mecanice. Este de remarcat faptul că atât baza, cât și forma și dimensiunile grafitului afectează aceste proprietăți. Materialul din fontă cenușie, cu bază de perlit, este cel mai durabil și cu ferită - cel mai ductil. Forma plăcii de grafit este caracterizată prin reducerea maximă a rezistenței, în timp ce în formă sferică această scădere este minimă.
4. Proprietăți hidrodinamice. Prezența manganului și sulfului afectează viscozitatea materialului. De asemenea, are proprietatea de a crește atunci când temperatura aliajului trece prin punctul de la începutul solidificării.
5. Proprietăți tehnologice. Acest metal se caracterizează prin excelente calități de turnare, precum și rezistență la uzură și vibrații.
6. Proprietăți chimice. Pe măsură ce potențialul electrodului scade, componentele structurale ale aliajului sunt aranjate în următoarea ordine: ferit eutectic-cementită-fosfid.

Proprietățile aliajului sunt de asemenea afectate de impurități speciale:

• Adăugarea de sulf reduce semnificativ fluxul și reduce refracția.
• Fosforul face posibilă fabricarea produselor într-o varietate de forme, dar, în același timp, reduce rezistența acestora.
• Adaosul de siliciu reduce punctul de topire al materialului și, de asemenea, îmbunătățește semnificativ proprietățile de turnare. Conținutul de siliciu într-un procent diferit permite obținerea unor aliaje de diferite culori: de la ferit la alb pur.
• Prezența manganului în aliaj crește semnificativ duritatea și rezistența materialului, dar, în același timp, calitățile sale de turnătorie și tehnologice se deteriorează.
• Pe lângă aceste impurități, pot fi incluse și alte componente în compoziția aliajului. În acest caz, materialele sunt numite dopate. Cel mai adesea titanul, aluminiu, cromul, cuprul și nichelul sunt amestecate cu fier.

Compoziția și structura metalului

Fierul ca material structural este reprezentat de o cavitate de metal cu incluziuni de grafit. Componentele sale principale sunt perlit, ledeburite și grafit plastic. Este interesant faptul că în diferite tipuri de aliaje aceste elemente sunt prezente în proporții inegale sau pot fi complet absente.

În structura sa, aliajul din fontă este împărțit în următoarele soiuri:

• Perlită.
• Ferite.
• Ferita-perlită.

În acest caz, grafitul poate fi prezent în el într-una din aceste forme:

1. Sferice: grafitul ia această formă atunci când adaugă un aditiv de magneziu. De obicei este caracteristică produselor din fontă de înaltă rezistență.
2. Plastic: grafitul seamănă cu forma petalelor (în această formă este prezentă în fontă obișnuită). Acest material se caracterizează prin creșterea plasticității.
3. Flaky: această formă se obține în timpul recoacerii fontei albe. Grafitul în formă floculantă se găsește în compoziția fontei maleabile.
4. Vermicular: grafitul în această formă este prezent în fontă cenușie. Acesta a fost dezvoltat special pentru a-și îmbunătăți proprietățile de plastic.

Tehnologii de producție

După cum se știe, fonta este produsă în furnale speciale. Principala materie primă pentru producția sa este minereul de fier. Procesul tehnologic de fabricație constă în restabilirea oxizilor de minereu de fier și obținerea ca rezultat al unui alt material - fontă. Pentru fabricarea sa se folosesc combustibili cum ar fi cocsul, termoantracitul și gazele naturale.

Pentru a produce o tonă de fontă, sunt necesare aproximativ 550 de kilograme de cocs și aproximativ o tonă de apă. Cantitatea de minereu încărcată în cuptor va depinde de conținutul de fier din el. De regulă, utilizați minereu, care conține fier de cel puțin 70%. Problema este că nu este economic să folosiți o concentrație mai mică a acesteia.

Prima etapă Producția de fontă este topirea ei. În cuptorul de furnal se toarnă minereu și apoi cărbune cocsificabil, care este necesar pentru pomparea și menținerea temperaturii necesare în interiorul arborelui cuptorului. Aceste componente în timpul arderii au un rol activ în reacțiile chimice în curs de desfășurare ca reductoare de fier.

Între timp, fluxul este scufundat în cuptor, care acționează ca un catalizator. Accelerând topirea rocilor, aceasta susține eliberarea timpurie a fierului. Este important să știți că, înainte de încărcarea în cuptor, minereul este supus pre-tratamentului necesar. Este zdrobit într-o instalație de concasare, deoarece particule mai mici se topesc mai repede. Apoi se spală pentru a îndepărta particulele care nu conțin metal. Mai mult, materia primă este supusă calcinării, ca urmare a extragerii sulfului și a altor componente străine din acesta.

În a doua etapă de producție, un gaz natural este alimentat printr-un arzător special într-un cuptor umplute și gata de utilizare. Cocaina participă la încălzirea materiilor prime. Există o eliberare de carbon, care, combinată cu oxigenul, formează un oxid. Aceasta, la rândul său, ajută la restabilirea fierului din minereu.

Odată cu creșterea volumului de gaz din cuptor, rata de reacție chimică este redusă. De asemenea, se poate opri complet când se atinge un anumit raport gazos. Carbonul penetrează în aliaj și se combină cu fierul, în timp ce formează fontă. Elementele neetanșe rămân pe suprafață și sunt îndepărtate curând. Aceste deșeuri sunt denumite zgură. Se folosește pentru fabricarea altor materiale.

Domeniul de aplicare

Acest metal este utilizat în diverse industrii. De exemplu, este utilizat pe scară largă în inginerie pentru producerea de piese diferite.

Cel mai adesea acest material este utilizat la fabricarea blocurilor pentru motoare și arbori cotiți. Pentru fabricarea acestuia din urmă este necesar un aliaj îmbunătățit cu adaosuri speciale de grafit. Acest metal este rezistent la frecare, de aceea produce plăcuțe de frână de înaltă calitate.

În condiții climatice severe, aliajul din fontă este indispensabil, deoarece permite părților mașinilor fabricate din acesta să funcționeze fără probleme chiar și la cele mai scăzute temperaturi.

În industria metalurgică, el sa dovedit, de asemenea, excelent. Proprietățile excelente de turnare și un preț relativ scăzut sunt foarte apreciate. Produsele realizate din acesta sunt rezistență și durabilitate foarte ridicate.

Din aliaj de fontă este un mare număr de produse sanitare. Acestea sunt baterii, chiuvete, o varietate de șaibe și țevi. Băi din fontă și radiatoare utilizate pe scară largă. Durata lor de viață este foarte lungă. Multe apartamente folosesc în continuare aceste produse pentru că își păstrează aspectul original pentru o perioadă lungă de timp și rareori au nevoie de restaurare.

Este important faptul că proprietățile excelente de turnare ale fontei permit realizarea de opere întregi de artă: de exemplu, porți forjate și toate tipurile de monumente de arhitectură.

Este de remarcat faptul că prețul pe 1 kg de fontă se datorează cantității de carbon prezent în compoziția sa, precum și prezența diferitelor impurități și componente de aliere. Prețul unei tone de fontă este de aproximativ 8000 de ruble.

Până în prezent, nu există nicio sferă oriunde se utilizează acest metal. Turnarea și aliajele sale sunt baza multor noduri, mecanisme și detalii. Uneori este folosit ca un produs independent, care se descurcă bine cu funcțiile care îi sunt atribuite. Acest compus care conține fier este unic în genul său. Rămâne indispensabil până în ziua de azi.