Legirani metali: opis, popis i značajke aplikacije

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Razvoj se identificira s poboljšanjem. Poboljšanje industrijskih i kućanskih mogućnosti provodi se korištenjem materijala s progresivnim karakteristikama. To su, posebice, legirani metali. Njihova raznolikost određena je mogućnošću korekcije kvantitativnog i kvalitativnog sastava legirajućih elemenata.

Prirodni legirani čelik

Prvo topljeno željezo, koje se po svojstvima razlikovalo od svojih rođaka, bilo je prirodno legirano. Otopljeno prapovijesno meteorsko željezo sadržavalo je povećanu količinu nikla. Pronađen je u drevnim egipatskim ukopima 4-5 tisućljeća prije Krista. e., od istog je izgrađen arhitektonski spomenik Qutab Minar u Delhiju (5. st.). Japanski mačevi od damasta bili su izrađeni od željeza zasićenog molibdenom, a čelik iz Damaska sadržavao je volfram, karakterističan za moderno brzo rezanje. To su bili metali, ruda za koje se kopala s određenih mjesta.

Moderne proizvodne legure mogu sadržavati prirodne metalne inemetalnog podrijetla, što se očituje u njihovim karakteristikama i svojstvima.

Povijesni put

Temelj za razvoj legiranja postavljen je opravdanjem metode taljenja čelika u loncu u Europi u 18. stoljeću. U primitivnijoj verziji, lončići su se koristili u antičko doba, uključujući taljenje damasta i čelika iz Damaska. Početkom 18. stoljeća ova je tehnologija unaprijeđena u industrijskim razmjerima i omogućila je prilagođavanje sastava i kvalitete izvornog materijala.

• Istovremeno otkriće sve više i više novih kemijskih elemenata potaknulo je istraživače na eksperimentalne pokuse taljenja.
• Utvrđen je negativan utjecaj bakra na kvalitetu čelika.
• Otkriven mjed koji sadrži 6% željeza.

Provedeni su eksperimenti u smislu kvalitativnih i kvantitativnih učinaka na čeličnu leguru volframa, mangana, titana, molibdena, kob alta, kroma, platine, nikla, aluminija i drugih.

Prva industrijska proizvodnja čelika legiranog manganom uspostavljena je početkom 19. stoljeća. Razvija se od 1856. godine kao dio Bessemerovog procesa topljenja.

Obilježja dopinga

Moderne mogućnosti omogućuju taljenje legiranih metala bilo kojeg sastava. Osnovni principi dotične tehnologije:

1. Komponente se smatraju legiranim samo ako su uvedene namjerno i ako sadržaj svake prelazi 1%.
2. Sumpor, vodik, fosfor se smatraju nečistoćama. kao nemetalnikoriste se inkluzije, bor, dušik, silicij, rijetko - fosfor.
3. Bulk legiranje je uvođenje komponenti u rastaljenu tvar u okviru metalurške proizvodnje. Površinski je metoda difuzijskog zasićenja površinskog sloja potrebnim kemijskim elementima pod utjecajem visokih temperatura.
4. Tijekom procesa, aditivi mijenjaju kristalnu strukturu "kćeri" materijala. Mogu stvoriti rješenja za prodor ili isključivanje, kao i postaviti na granice metalnih i nemetalnih struktura, stvarajući mehaničku mješavinu zrna. Ovdje veliku ulogu igra stupanj topivosti elemenata jedan u drugom.

Legirajuće komponente

Prema općoj klasifikaciji, svi metali se dijele na željezne i obojene. Crnci uključuju željezo, krom i mangan. Obojeni se dijele na lake (aluminij, magnezij, kalij), teške (nikl, cink, bakar), plemenite (platina, srebro, zlato), vatrostalne (volfram, molibden, vanadij, titan), lagane, rijetke zemlje i radioaktivne. Legirani metali uključuju širok izbor lakih, teških, plemenitih i vatrostalnih obojenih metala, kao i svih željeznih metala.

Ovisno o omjeru ovih elemenata i glavnoj masi legure, potonje se dijele na niskolegirane (3%), srednje legirane (3-10%) i visokolegirane (više od 10 %).

Legirani čelici

Tehnološki, proces ne uzrokuje poteškoće. Raspon je vrlo širok. Glavni ciljevi začelici su sljedeći:

• Povećajte snagu.
• Poboljšajte rezultate toplinske obrade.
• Povećanje otpornosti na koroziju, otpornost na toplinu, otpornost na toplinu, otpornost na toplinu, otpornost na agresivne radne uvjete, vijek trajanja.

Glavne komponente su legure željeza i vatrostalni metali, koji uključuju Cr, Mn, W, V, Ti, Mo, kao i obojeni Al, Ni, Cu.

Krom i nikal su glavne komponente koje definiraju nehrđajući čelik (X18H9T), kao i čelik otporan na toplinu, čije radne uvjete karakteriziraju visoke temperature i udarna opterećenja (15X5). Do 1,5% se koristi za ležajeve i tarne dijelove (15HF, SHKH15SG)

Mangan je temeljna komponenta čelika otpornih na habanje (110G13L). U malim količinama doprinosi deoksidaciji, smanjujući koncentraciju fosfora i sumpora.

Silicij i vanadij su elementi koji povećavaju elastičnost u određenoj količini i koriste se za izradu opruga i opruga (55C2, 50HFA).

Aluminij je primjenjiv za željezo s visokim električnim otporom (X13Y4).

Značajan sadržaj volframa tipičan je za alatne čelike otporne na brzo okretanje (R9, R18K5F2). Bušilica od legiranog metala izrađena od ovog materijala mnogo je produktivnija i otpornija na okidanje od istog alata izrađenog od ugljičnog čelika.

Legirani čelici su ušli u svakodnevnu upotrebu. Istodobno, poznate su takozvane legure s nevjerojatnim svojstvima, također dobivene metodama legiranja. Dakle, "drveni čelik" sadrži 1% kromai 35% nikla, što određuje njegovu visoku toplinsku vodljivost, karakterističnu za drvo. Dijamant također uključuje 1,5% ugljika, 0,5% kroma i 5% volframa, što ga karakterizira kao posebno tvrdog, sličnog dijamantu.

Legiranje lijevanog željeza

Lijevano željezo se razlikuje od čelika po značajnom udjelu ugljika (od 2,14 do 6,67%), visokoj tvrdoći i otpornosti na koroziju, ali niskoj čvrstoći. Kako bi se proširio raspon značajnih svojstava i primjena, legiran je kromom, manganom, aluminijem, silicijem, niklom, bakrom, volframom, vanadijem.

Zbog posebnih karakteristika ovog željezo-ugljičnog materijala, njegovo legiranje je složeniji proces nego za čelik. Svaka od komponenti utječe na transformaciju oblika ugljika u njoj. Dakle, mangan doprinosi stvaranju "ispravnog" grafita, koji povećava snagu. Uvođenje drugih rezultira prijelazom ugljika u slobodno stanje, izbjeljivanjem lijevanog željeza i smanjenjem njegovih mehaničkih svojstava.

Tehnologija je komplicirana niskom temperaturom taljenja (u prosjeku do 1000 ˚C), dok za većinu legirajućih elemenata značajno prelazi ovu razinu.

Složeno legiranje je najučinkovitije za lijevano željezo. Pritom treba uzeti u obzir povećanu vjerojatnost odvajanja takvih odljevaka, opasnost od pucanja i nedostataka odljevaka. Racionalnije je tehnološki proces provoditi u elektromagnetskim i indukcijskim pećima. Obvezni sekvencijalni korak je visokokvalitetna toplinska obrada.

Kromova lijevana željeza karakteriziraju visoka otpornost na habanje, čvrstoća, otpornost na toplinu, otpornost na starenje i koroziju (CH3, CH16). Koriste se u kemijskom inženjerstvu i proizvodnji metalurške opreme.

Lijevano željezo legirano silikonom odlikuje se visokom otpornošću na koroziju i otpornošću na agresivne kemijske spojeve, iako imaju zadovoljavajuća mehanička svojstva (ChS13, ChS17). Oni čine dijelove kemijske opreme, cjevovoda i pumpi.

Ljevano željezo otporno na toplinu primjer su visoko produktivnog složenog legiranja. Sadrže željezne i legirajuće metale kao što su krom, mangan, nikal. Karakteriziraju ih visoka otpornost na koroziju, otpornost na habanje i otpornost na visoka opterećenja u uvjetima visokih temperatura - dijelovi turbina, pumpe, motori, oprema kemijske industrije (ChN15D3Sh, ChN19Kh3Sh).

Važna komponenta je bakar, koji se koristi u kombinaciji s drugim metalima, istovremeno povećavajući karakteristike lijevanja legure.

Legura bakra

Koristi se u čistom obliku i kao dio bakrenih legura, koje imaju široku paletu ovisno o omjeru osnovnih i legirajućih elemenata: mjed, bronca, bakronikl, nikal srebro i drugi.

Čisti mjed - legura s cinkom - nije legirana. Ako u određenoj količini sadrži legirajuće obojene metale, smatra se višekomponentnim. Bronce su legure s drugim metalnim sastojcima,mogu biti kositrene i ne sadrže kositar, u svim su slučajevima legirane. Kvaliteta im je poboljšana uz pomoć Mn, Fe, Zn, Ni, Sn, Pb, Be, Al, P, Si.

Sadržaj silicija u spojevima bakra povećava njihovu otpornost na koroziju, čvrstoću i elastičnost; kositar i olovo - odrediti svojstva protiv trenja i pozitivne karakteristike u pogledu obradivosti; nikal i mangan - komponente takozvanih kovanih legura, koje također imaju pozitivan učinak na otpornost na koroziju; željezo poboljšava mehanička svojstva, dok cink poboljšava tehnološka svojstva.

Koristi se u elektrotehnici kao glavna sirovina za proizvodnju raznih žica, materijal za proizvodnju kritičnih dijelova za kemijsku opremu, u strojarstvu i instrumentaciji, u cjevovodima i izmjenjivačima topline.

Legura aluminija

Koristi se kao kovane ili lijevane legure. Legirani metali na njegovoj osnovi su spojevi s bakrom, manganom ili magnezijem (duralumini i drugi), potonji su spojevi sa silicijem, tzv. silumini, dok su sve njihove moguće varijante legirane s Cr, Mg, Zn, Co, Cu, Si.

Bakar povećava svoju duktilnost; silicij - fluidnost i kvalitetna svojstva lijevanja; krom, mangan, magnezij - poboljšavaju čvrstoću, tehnološka svojstva obradivosti pritiskom i otpornost na koroziju. Također, B, Pb, Zr,Ti, Bi.

Željezo je nepoželjna komponenta, ali se u malim količinama koristi u proizvodnji aluminijske folije. Silumini se koriste za lijevanje kritičnih dijelova i kućišta u strojarstvu. Duraluminij i legure za štancanje na bazi aluminija važna su sirovina za proizvodnju elemenata trupa, uključujući nosive konstrukcije, u zrakoplovnoj industriji, brodogradnji i strojarstvu.

Legirani metali se koriste u svim područjima industrije kao oni koji imaju poboljšane mehaničke i tehnološke karakteristike u odnosu na izvorni materijal. Raspon legirajućih elemenata i mogućnosti modernih tehnologija omogućuju razne modifikacije koje proširuju mogućnosti u znanosti i tehnologiji.