Ketaus ir plieno cheminės savybės. Pagrindinės ketaus rūšys ir jų klasifikacija. Arčiau: medžiagos, tipų ir pritaikymo aprašymas
Ketaus į mūsų gyvenimą atėjo prieš daugelį amžių ir išlieka populiarus iki šių dienų.. Jis rado platų pritaikymą daugelyje sričių. Tačiau norint suprasti, kas yra ketus, svarbu žinoti jo savybes ir cheminę sudėtį, jo lydinių struktūrą ir charakteristikas, šios medžiagos privalumus ir trūkumus, taip pat jos gamybą ir panaudojimo sritis.
Ketaus cheminė sudėtis
Ketus yra geležies ir anglies lydinys, kuriame anglies procentas yra ne mažesnis kaip 2,14%, bet ne didesnis kaip 4,5%. Anglis yra ketaus dalis cementito arba grafito pavidalu. Jei anglies procentas yra mažesnis nei 2,14%, lydinys vadinamas plienu.
Yra žinoma, kad ketaus lydinys pirmą kartą buvo pagamintas Kinijoje VI amžiuje. Jo gamybos paslaptis į Europą atkeliavo XIV amžiuje, o Rusijoje jo kompozicija buvo tobulinama tik XVII amžiuje. Per visą šį ilgą laiką ketaus formulė nepasikeitė.
Aukščiausios kokybės medžiaga buvo pagaminta brolių Demidovų liejykloje, esančioje Urale.
Per šimtmečius jis ne tik neprarado savo aktualumo, bet ir įgijo dar platesnį pritaikymo spektrą.
Yra tokių ketaus rūšių kaip galutinis Ir liejimas. Pirmasis naudojamas plieno gamyboje naudojant deguonies konverterio kelią. Šiame lydinyje silicio ir mangano yra labai mažais kiekiais. Liejimo tipo medžiaga plačiau naudojama pramonėje ir gamyboje. Savo ruožtu jis skirstomas į šiuos tipus:
- Baltas ketus – jame esanti anglis yra geležies karbidas. Tuo pačiu metu dėl jo kaltės matomas baltas atspalvis, iš kur kilo jo pavadinimas. Jis nenaudojamas gryna forma. Naudojamas kaliojo ketaus gamyboje.
- Pilkasis ketus lūžio vietoje pasižymi sidabriniu atspalviu. Jis turi platų pritaikymo spektrą ir gali būti lengvai apdorojamas naudojant pjaustytuvus.
- Pagamintos medžiagos stiprumo charakteristikoms padidinti naudojamas didelio stiprumo lydinys. Jis gaunamas iš pilkojo ketaus, į masę pridedant magnio.
- Kalusis ketus taip pat yra pilkojo ketaus įvairovė. Jo pavadinimas rodo, kad jis turi padidintą lankstumą ir gaunamas iš baltojo ketaus atkaitinimo būdu.
- Pusė - turi ypatingų savybių. Dalis jos sudėtyje esančios anglies yra grafito pavidalo, likusi dalis yra cementito pavidalu.
Lydinio savybės
Pagrindinis ketaus bruožas yra paslėptas jo gamybos procese. Faktas yra tas, kad skirtingų tipų šio lydinio lydymosi temperatūra siekia 1200ºC, o plieno – 1500ºC. Šiam veiksniui įtakos turi per didelis anglies kiekis. Geležies ir anglies atomai neturi labai artimų ryšių vienas su kitu.
Kai vyksta lydymas, anglies atomai negali būti visiškai įterpti į geležies molekulinę gardelę, todėl ketaus lydinys tampa trapus. Šiuo atžvilgiu jis nenaudojamas gaminant dalis, kurios bus nuolat apkraunamos.
Ši medžiaga priklauso juodosios metalurgijos pramonei ir savo savybėmis panaši į plieno. Gaminiai iš ketaus ir plieno yra plačiai naudojami kasdieniame gyvenime, ir tai visiškai pateisinama.
Jei palyginsime šių metalų charakteristikas, galime padaryti tokias išvadas:
- Plieno gaminių kaina yra didesnė už ketaus kainą.
- Spalvų skirtumai: ketus yra tamsus ir matinis, o plienas yra lengvas ir blizgus.
- Plienas yra mažiau jautrus liejimui, tačiau, skirtingai nuo ketaus, jį lengviau kalti ir suvirinti.
- Plienas turi didesnį stiprumą nei ketaus lydinys.
- Plienas yra sunkesnis.
- Jame yra mažesnis anglies kiekis nei ketaus.
Privalumai ir trūkumai
Ši medžiaga, kaip ir bet kuri kita, turi savo stipriąsias ir silpnąsias puses.
Ketaus pranašumai apima šiuos veiksnius:
- Kartais jis pagal charakteristikas netgi lyginamas su plienu, nes tam tikroms jo rūšims būdingas padidėjęs stiprumas.
- Ilgai išlaiko temperatūrą: kaitinant šiluma pasiskirsto tolygiai po ją ir ilgai išlieka nepakitusi.
- Tai aplinkai nekenksminga medžiaga, todėl ji dažnai naudojama gaminant indus, kuriuose maistas bus tiesiogiai gaminamas.
- Nereaguoja į rūgščių-šarmų aplinką.
- Tai patvari medžiaga.
- Kuo ilgiau iš šios medžiagos pagamintas gaminys naudojamas, tuo geresnė jo kokybė.
- Ši medžiaga yra visiškai nekenksminga žmogaus organizmui.
Trūkumai apima šiuos veiksnius:
Ketaus charakteristikos ir savybės
Šis metalų lydinys turi šias savybes:
- Fizinės savybės: savitasis svoris, tikrasis susitraukimas, tiesinio plėtimosi koeficientas. Pavyzdžiui, ketaus anglies kiekis tiesiogiai veikia jo savitąjį svorį.
- Šiluminės savybės. Šilumos laidumas paprastai apskaičiuojamas naudojant poslinkio taisyklę. Metalo kietojo būvio tūrinė šiluminė talpa yra 1 cal/cm3*oC. Jei metalas yra skystos būsenos, tai jis maždaug lygus 1,5 cal/cm3*oC.
- Mechaninės savybės. Pastebėtina, kad šioms savybėms įtakos turi ir pats pagrindas, ir grafito forma bei dydis. Pilkasis ketus su perlito pagrindu yra patvariausias, o su feritiniu – kaliiausias. Sluoksninei grafito formai būdingas maksimalus stiprumo sumažėjimas, o sferinės formos – minimalus.
- Hidrodinaminės savybės. Mangano ir sieros buvimas kompozicijoje turi įtakos medžiagos klampumui. Ji taip pat linkusi didėti, kai lydinio temperatūra viršija tašką, nuo kurio prasideda kietėjimas.
- Technologinės savybės. Šis metalas pasižymi puikiomis liejimo savybėmis, taip pat atsparumu dilimui ir vibracijai.
- Cheminės savybės. Elektrodo potencialui mažėjant, lydinio struktūriniai komponentai išsidėsto tokia tvarka: cementitas – fosfidinis eutektikas – feritas.
Lydinio savybes taip pat įtakoja specialios priemaišos:
Metalo sudėtis ir struktūra
Ketaus, kaip konstrukcinę medžiagą, vaizduoja metalinė ertmė su grafito inkliuzais. Pagrindiniai jo komponentai yra perlitas, ledeburitas ir plastikinis grafitas. Įdomu tai, kad skirtingų tipų lydiniuose šių elementų yra skirtingomis proporcijomis arba jų gali visai nebūti.
Pagal savo struktūrą ketaus lydinys skirstomas į šias rūšis:
- Perlitinis.
- Feritinis.
- Feritinis-perlitinis.
Šiuo atveju grafitas jame gali būti viena iš šių formų:
Gamybos technologijos
Kaip žinote, ketus gaminamas specialiose aukštakrosnėse. Pagrindinė žaliava jo gamybai yra geležies rūda. Gamybos procesas susideda iš geležies rūdos oksidų redukavimo ir iš to gaunamos kitos medžiagos – ketaus – gamybos. Jo gamybai naudojamas kuras, toks kaip koksas, termoantracitas ir gamtinės dujos.
Vienai tonai ketaus pagaminti reikia apie 550 kilogramų kokso ir maždaug tonos vandens. Į krosnį įpilamos rūdos tūris priklausys nuo geležies kiekio joje. Paprastai naudojama rūda, kurioje yra ne mažiau kaip 70% geležies. Reikalas tas, kad ekonomiškai netikslinga naudoti mažesnę koncentraciją.
Pirmas etapas Ketaus gamyba yra jo lydymas. Į aukštakrosnę pilama rūda, o po to – koksinės anglys, kurios būtina siurbti ir palaikyti reikiamą temperatūrą krosnies šachtoje. Degimo metu šie komponentai aktyviai dalyvauja vykstančiose cheminėse reakcijose kaip geležies reduktoriai.
Tuo tarpu srautas panardinamas į krosnį, kuris veikia kaip katalizatorius. Spartindamas uolienų tirpimą, jis palaiko greitą geležies išsiskyrimą. Svarbu žinoti, kad prieš kraunant į krosnį rūda yra apdorojama būtinais. Susmulkinama smulkinimo įrenginyje, nes smulkesnės dalelės greičiau tirpsta. Tada jis nuplaunamas, kad būtų pašalintos nemetalinės dalelės. Toliau žaliava deginama, dėl to iš jos išgaunama siera ir kiti pašaliniai komponentai.
Antrame gamybos etape gamtinės dujos per specialius degiklius tiekiamos į užpildytą ir paruoštą naudoti krosnį. Koksas dalyvauja kaitinant žaliavas. Išsiskiria anglis, kuri jungiasi su deguonimi ir sudaro oksidą. Tai savo ruožtu skatina geležies atgavimą iš rūdos.
Didėjant dujų tūriui krosnyje, cheminės reakcijos greitis mažėja. Jis netgi gali visiškai sustoti, kai pasiekiamas tam tikras dujų santykis. Anglis prasiskverbia į lydinį ir susijungia su geležimi, kad susidarytų ketus. Neišsilydę elementai lieka ant paviršiaus ir greitai pašalinami. Tokios atliekos vadinamos šlakais. Jis naudojamas kitoms medžiagoms gaminti.
Naudojimo sritis
Šis metalas naudojamas įvairiose pramonės šakose. Pavyzdžiui, jis plačiai naudojamas mechaninėje inžinerijoje įvairių dalių gamybai.
Dažniausiai ši medžiaga naudojama variklių blokų ir alkūninių velenų gamyboje. Pastarajam gaminti reikalingas patobulintas lydinys su specialių grafito priemaišų. Šis metalas yra atsparus trinčiai, todėl iš jo gaminamos aukštos kokybės stabdžių trinkelės.
Atšiauriomis klimato sąlygomis ketaus lydinys yra nepakeičiamas, nes leidžia iš jo pagamintoms mašinų dalims sklandžiai veikti net esant žemiausioms temperatūroms.
Jis taip pat puikiai pasirodė metalurgijos pramonėje. Jo puikios liejimo savybės ir palyginti maža kaina yra labai vertinami. Iš jo pagaminti gaminiai pasižymi labai dideliu stiprumu ir atsparumu dilimui.
Iš ketaus lydinio gaminama daugybė santechnikos gaminių. Tai radiatoriai, kriauklės, įvairios kriauklės ir vamzdžiai. Ketaus vonios ir šildymo radiatoriai yra labai populiarūs. Jų tarnavimo laikas yra labai ilgas. Daugelyje butų šie gaminiai naudojami iki šiol, nes jie ilgą laiką išlaiko savo pirminę išvaizdą ir retai juos reikia restauruoti.
Svarbu ir tai, kad puikios ketaus liejimo savybės leidžia iš jo pagaminti ištisus meno kūrinius: tokius kaip ažūriniai kaltiniai vartai ir visokie architektūros paminklai.
Pažymėtina, kad 1 kilogramo ketaus kainą lemia anglies kiekis jo sudėtyje, taip pat įvairių priemaišų ir legiravimo komponentų buvimas. Ketaus tonos kaina yra apie 8000 rublių.
Šiandien nėra nei vienos srities, kurioje šis metalas būtų naudojamas. Jo liejiniai ir lydiniai sudaro daugelio komponentų, mechanizmų ir dalių pagrindą. Kartais jis naudojamas kaip savarankiškas produktas, puikiai susidorojantis su jam priskirtomis funkcijomis. Šis geležies turintis junginys yra unikalus savo rūšimi. Jis išlieka nepakeičiamas iki šių dienų.
KETUS
Ketaus -- tai geležies ir anglies lydiniai, kuriuose yra daugiau nei 2 % anglies ir kurie kietėja, kad susidarytų eutektika. Skirtingai nuo plieno, ketaus lankstumas yra mažas. Tačiau dėl savo aukštų liejimo savybių, pakankamo stiprumo ir santykinio pigumo ketus plačiai pritaikytas mechaninėje inžinerijoje.
Ketaus lydymas aukštakrosnėse, kupolo krosnyse ir elektrinėse krosnyse. Aukštakrosnėse lydomas ketus yra ketus, specialus ketus (ferolydiniai) ir liejyklų ketus. Vamzdynas ir specialus ketus naudojamas vėlesniam plieno ir ketaus lydymui. Ketaus lydoma kupolo krosnyse ir elektrinėse krosnyse. Apie 20 % viso pagaminamo ketaus sunaudojama liejiniams gaminti.
KETUS KLASIFIKACIJA
Ketaus liejimo ir mechaninės savybės priklauso nuo jo sudėties artimo eutektikai. Norėdami tai įvertinti, naudojami du rodikliai:
Eutektiškumo laipsnis S E - anglies C koncentracijos ketuje ir jos koncentracijos eutektikoje santykis, atsižvelgiant į silicio ir fosforo įtaką:
čia 4,26 – anglies koncentracija „geležies-grafito“ sistemos eutektikoje (žr. 7.1 pav.), Si ir P – šių elementų kiekis ketuje, %.
Anglies ekvivalentas apibrėžtas kaip:
C eq = C + 0,3 (Si + P)
Ketaus skirstomi į: hipoeutektinis (S ai< 1, C эв < 4,2-4,3), eutektika (S e 1, S 4.2-4.3) ir hipereutektinis (S e > 1, C eV > 4,2-4,3).
Ketus kristalizacijos ir tolesnio aušinimo metu gali elgtis skirtingai (1 pav.): arba pagal metastabilios būsenos diagramą Fe--Fe 3 C (baltasis ketus, kuriame anglis yra Fe 3 C pavidalu), arba pagal stabilią Fe--C diagramą (pilkasis ketus, kuriame anglis yra grafito pavidalu).
Pateiktose diagramose (1 pav.), be bendrųjų linijų AC, AE, GS, kitos linijos nesutampa. Fe-C sistemoje grafito eutekte (austenitas-grafitas) yra 4,26 % C ir susidaro 1 153 °C temperatūroje. Išilgai linijos E " S " 1153-738 °C temperatūros diapazone išsiskiria antrinis grafitas. Eutektoido transformacija vyksta 738 ° C temperatūroje, kai susidaro eutekoidas (feritas + grafitas). Fe--C ir Fe--Fe 3 C diagramų naudojimas iš esmės nesiskiria viena nuo kitos.
Cementito susidarymo iš skystos fazės tikimybė yra daug didesnė nei grafito. Bet kurį procesą lemia termodinaminės ir kinetinės sąlygos. Grafitizacijos proceso varomoji jėga yra sistemos noras sumažinti laisvos energijos tiekimą. Cementitas yra termodinamiškai mažiau stabili fazė nei grafitas. Tačiau skirtumas tarp cementito ir grafito susidarymo temperatūrų yra nedidelis, o esant santykinai nedideliam peršaldymui, įvyks cementito, o ne grafito kristalizacija.
Grafitas susidaro tik esant mažam aušinimo greičiui siaurame temperatūros diapazone, kai skystosios fazės peršalimo laipsnis yra žemas. Esant pagreitintam aušinimui ir kai skystas ketus peršaldomas žemiau 1147 °C, susidaro cementitas.
Ketaus grafitinimas
Grafitinimas yra grafito nusodinimo procesas kristalizacijos arba ketaus aušinimo metu. Grafitas gali susidaryti tiek iš skystosios fazės kristalizacijos metu, tiek iš kietosios fazės. Pagal Fe--C diagramą žemiau C linijos " D " pirminis grafitas susidaro išilgai linijos E " C " F " -- eutektinis grafitas išilgai E linijos " S " -- antrinis grafitas ir išilgai P linijos " S " KAM " -- eutektoidinis grafitas.
Ketaus grafitinimas ir jo užbaigtumas priklauso nuo aušinimo greičio, cheminės sudėties ir grafitizacijos centrų buvimo.
Aušinimo greičio įtaka yra dėl to, kad ketaus grafitinimas vyksta labai lėtai ir apima kelis etapus:
· grafitizacijos centrų susidarymas skystoje fazėje arba austenite;
· anglies atomų difuzija į grafitizacijos centrus;
· padidėjęs grafito išsiskyrimas.
Grafitinant cementitą, pridedami preliminaraus Fe 3 C skilimo etapai ir anglies ištirpimas austenite. Kuo lėtesnis ketaus aušinimas, tuo labiau vystosi grafitizacijos procesas.
Priklausomai nuo grafitizacijos laipsnio, išskiriami ketaus baltas, pilka Ir pusė.
Baltas ketus -- gaunami pagreitintu aušinimu ir skystam ketui peršaldant žemesnėje nei 1147 °C temperatūroje, kai dėl struktūrinių ir kinetinių ypatumų susidarys metastabili Fe 3 C fazė, o ne grafitas. Baltasis ketus, kurio sudėtyje yra fiksuotos anglies Fe 3 C pavidalu, pasižymi dideliu kietumu, trapumu ir labai sunkiai apdirbamas. Todėl jie nenaudojami kaip konstrukcinė medžiaga, o naudojami kaliajam ketui gaminti atkaitinant grafitizuojant.
Pilkasis ketus -- susidaro tik esant mažam aušinimo greičiui siaurame temperatūrų diapazone, kai skystosios fazės peršalimo laipsnis yra žemas. Esant tokioms sąlygoms, visa arba didžioji anglies dalis yra grafitizuojama dribsnių grafito pavidalu, o anglies kiekis cementito pavidalu yra ne didesnis kaip 0,8%. Pilkasis ketus pasižymi geromis technologinėmis ir stiprumo savybėmis, o tai lemia platų jo, kaip konstrukcinės medžiagos, naudojimą.
Pusiau ketaus -- užima tarpinę padėtį tarp baltojo ir pilkojo ketaus, o juose pagrindinis anglies kiekis (daugiau nei 0,8%) yra Fe 3 C pavidalu. Ketaus perlito, ledeburito ir lamelinio grafito sandara.
Pramoniniame ketaus sudėtyje yra 2,0-4,5% C, 1,0-3,5% Si, 0,5-1,0% Mn, iki 03% P ir iki 0,2% S. Stipriausią teigiamą poveikį grafitizacijai sukelia silicis. Keičiant silicio kiekį, galima gauti skirtingos struktūros ir savybių ketaus. (2 pav.) apytiksliai nurodo konstrukcinių sričių ribas, priklausančias nuo silicio ir anglies kiekio, kai Mn kiekis yra 0,5 % ir tam tikru aušinimo greičiu (liejimo sienelės storiui 50 mm).
Manganas slopina grafitizaciją, padidindamas ketaus jautrumą balinimui. Siera yra kenksminga priemaiša. Jo balinimo efektas yra 5-6 kartus didesnis nei mangano. Be to, siera mažina takumą, skatina dujų burbuliukų susidarymą, didina susitraukimą ir polinkį įtrūkti. Fosforas neturi įtakos grafitizacijai ir yra naudingas priedas, padidinantis pilkojo ketaus sklandumą, nes susidaro žemo lydymosi (950–980) ° C fosfidų eutektika.
Ryžiai. 2. Konstrukcinė schema: 1 -- baltas ketus; 2 -- pusiau ketaus; 3, 4, 5 – pilkasis ketus atitinkamai perlitiniu, ferito-perlitiniu ir feritiniu pagrindu
Taigi, reguliuojant cheminę sudėtį ir aušinimo greitį, galima gauti norimą ketaus struktūrą liejiniuose.
Pilko ketaus klasifikacija
Pilkasis ketus gali būti laikomas konstrukcija, susidedančia iš metalinio pagrindo su grafito intarpais. Ketaus savybės priklauso nuo metalo pagrindo savybių ir grafito inkliuzų pobūdžio.
Metalinis pagrindas gali būti: perlitas, kai 0,8 % C yra cementito pavidalo, o likusi anglies dalis yra grafito pavidalo; feritas-perlitas, kai anglies kiekis cementito pavidalu yra mažesnis nei 0,8 % C; feritinis, kai anglis praktiškai yra grafito pavidalo.
Priklausomai nuo grafito intarpų formos, pilkasis ketus skirstomas į:
· ketaus su lameliniu grafitu;
· ketaus su dribsniu grafitu (kalusis ketus);
· ketaus su mazginiu grafitu (didelio stiprumo ketus);
· ketaus su vermikuliniu grafitu.
3 paveiksle parodyta apibendrinta ketaus klasifikacija pagal metalinio pagrindo struktūrą ir grafito formą.
Ketaus mikrostruktūra parodyta fig. 7.4.
Ryžiai. 3.
Ryžiai. 4. Įvairios grafito formos ketuje: a) drožlių grafitas; b) dribsnių grafitas; c) sferinis grafitas; d) vermikulinis grafitas. H 200
Palyginti su metaliniu pagrindu, grafitas turi mažą stiprumą. Todėl grafito inkliuzus galima laikyti metalinio pagrindo netolygumu (tuštumomis), o ketaus – grafito inkliuzų persmelktu plienu, silpninančiu jo metalinį pagrindą. Tuo pačiu metu grafito buvimas taip pat lemia keletą ketaus privalumų: geras sklandumas ir mažas susitraukimas; geras apdirbamumas (grafitas daro drožles trapias); aukštos slopinimo savybės; antifrikcinės savybės ir kt.
Klasifikuojant specialių savybių ketus priskiriamas atskirai grupei. Paprastai šie ketaus yra legiruoti ir pagal paskirtį skirstomi į šiuos tipus: antifrikcinis, atsparus dilimui, atsparus karščiui, atsparus korozijai, atsparus karščiui.
Ketaus yra originalūs juodosios metalurgijos gaminiai. Jie yra geležies ir anglies lydiniai, kurių anglies kiekis yra didesnis nei 2,14%. Kompozicijoje taip pat yra priemaišų iš kitų elementų, turinčių įtakos lydinių savybėms. Gaminiai turi keletą veislių, tarp kurių įdomus kaliojo ketaus. Pažiūrėkime, kaip jis gaunamas, taip pat jo charakteristikos, ženklinimas ir paskirtis.
Anglies tokiame lydinyje yra tokia forma:
- cementitas;
- grafitas;
- grafitas + cementitas.
Tamsus grafitas kartu su metalo lydiniu suteikia liejiniams pilką spalvą. Grafito inkliuzų konfigūracija turi įtakos kaltinių savybių savybėms. Remiantis šiomis savybėmis, ketus skirstomas į:
- pilka;
- kaliojo;
- didelio stiprumo;
- specialus tikslas.
Nuotraukoje pavaizduoti įvairių tipų grafito intarpai. Jie gali būti lameliniai, sferiniai arba dribsnių formos.
Kalusiam ketui būdingi dribsnių pavidalo grafito intarpai.
Kaliojo ketaus gamybos ypatybės
Šio tipo ketaus anglies kiekis yra nuo 2,4 iki 2,8%. Taip pat apima Si, Mn, S, P, kurių kiekis priklauso nuo reikalingų medžiagos savybių.
Kalusis ketus gaminamas iš baltos spalvos liejinių. Juose anglis yra visiškai surišta su geležimi ir yra atstovaujama geležies karbido (cementito Fe 3 C). Atkaitinant ruošinius 950-970 o C temperatūroje, iš geležies karbido ir austenito (A) išsiskiria grafitas. Dėl to jis kristalizuojasi ir susidaro dribsnių išvaizda. Galutinis grafito dribsnių susidarymas ketuje vyksta 760–720 o C temperatūrų intervale, tai parodyta Fe–Fe 3 C diagramoje.
Ant jo: A yra austenitas, vaizduojantis kietus anglies atomų intarpus geležies elemento struktūroje; G yra grafitas; C yra cementitas; P – perlitas, kuris yra ferito ir cementito junginys eutektoidinėje srityje irstant austenitui.
Terminis atkaitinimas atliekamas dviem etapais:
- Pirmiausia ruošiniai pašildomi iki 950–1000 o C ir laikomi kaitinami tol, kol ledeburitas (cementitas + austenitas) suyra į grafitą ir austenitą.
- Tada ruošiniai palaipsniui atšaldomi iki 760–720 o C temperatūros intervalo, kur austenitas suteikia papildomo cementito (antrinio), kuris yra perlito dalis. Toliau aušinant, perlitas skyla į feritą ir grafitą.
Kaliojo ketaus rūšys
Ketaus liejinių struktūrinė sudėtis priklauso nuo atkaitinimo technologijos sąlygų. Tai atsitinka:
- feritinis;
- perlitas;
- feritinis-perlitinis.
Ferito tipo gaminiuose yra ferito ir dribsnių grafito. Perlitinis tipas susideda iš perlito ir dribsnių grafito. Ferito-perlito sudėtyje yra ferito, perlito ir grafito dribsnių.
Kiekvieno tipo struktūra parodyta diagramose:
Perlito pagrindu pagamintą ketų galima gauti greičiau aušinant liejinį skilimo zonoje. Tada konstrukcijoje kartu su feritu bus perlitas. Jis išliks toliau, gana lėtai aušinant lydinį žemiau 727 o C.
Svarbu! Kaliojo ketaus struktūra priklauso nuo apdirbimo temperatūros ir į jo sudėtį įeinančių legiravimo elementų.
Praktikoje daugiausia naudojami pirmieji dviejų tipų liejiniai ruošiniai (nuotraukos ir diagramos pateiktos žemiau).
Kaliojo ketaus savybės
Kaliojo ketaus technines charakteristikas ir savybes lemia anglies kiekis grafito, taip pat silicio pavidalu. Perlito tipui - taip pat chromas ir manganas.
Struktūrinis skirtumas atsispindi ir gaminių savybėse. Pavyzdžiui, ferito tipo liejiniai turi mažesnį kietumą nei perlitiniai, tačiau jiems būdingas didesnis plastiškumas.
Dvynių grafito intarpai suteikia gaminiams didelį stiprumą ir gana gerą lankstumą. Esant patalpų temperatūrai, jie gali plastiškai deformuotis. Iš čia kilęs jų pavadinimas „kalus“. Tai sąlyginė ir nereiškia, kad gaminiai iš tokio ketaus gali būti gaminami kalimo būdu. Jų gamybai naudojamas dalių liejimo būdas.
Vienas iš reikšmingų kaliųjų ruošinių pranašumų yra jų savybių pastovumas visame skerspjūvyje, taip pat vidinių įtempių nebuvimas.
Tokių liejinių fizinės ir mechaninės charakteristikos yra tarp pilkojo ketaus ir plieno. Jie turi:
- geras sklandumas skystoje formoje;
- vibracijos sugerties savybė esant periodiškai pasikartojančioms apkrovoms;
- geras atsparumas dilimui;
- atsparūs korozijai, todėl jų neveikia drėgmė, cheminiai reagentai, įskaitant išmetamąsias dujas.
- didelis tankis, pavyzdžiui, 7–8 mm storio ruošinys gali atlaikyti slėgį atliekant hidraulinius bandymus 40 atmosferų ribose.
Tai leidžia naudoti liejinius įvairių produktų gamybai dujų ir vandens tiekimo sektoriuje.
Esant žemai temperatūrai, veikiant dinaminėms apkrovoms, medžiaga gali tapti trapi.
Ketaus žymėjimas
Gaminiai, pagaminti iš kaliojo ketaus, pažymėti KCH ir vėlesniais numeriais. Pirmoji skaičių pora yra vidutinis tempiamasis stipris (tempiamasis stipris), sumažintas dydžiu, o antroji – pailgėjimo procentas. Pavyzdžiui, prekės ženklo KCh 30-6 gaminio laikinas tempiamasis stipris σ = 294 N/mm 2, o santykinis pailgėjimas - δ = 6%.
Pagal GOST 1215–79 apibrėžiama 11 kaliojo ketaus rūšių.
Lentelėje pateikiamos įvairių markių gaminių mechaninės charakteristikos.
Naudojimo sritys
Kalusis ketus skirtas naudoti:
- mechaninės inžinerijos pramonėje staklių konstrukcijų gamybai;
- automobilių kėbulų ir komponentų gamybai;
- geležinkelio vagonų gamyboje;
- žemės ūkiui skirtos įrangos gamyboje.
Nepaisant to, kad perlitinis ketus pasižymi geresnėmis savybėmis, dažniausiai naudojami feritiniai liejiniai, nes jų gamyba yra pigesnė.
Perlitiniai liejiniai naudojami gaminant dalis, kurioms taikoma padidinta apkrova. Pavyzdžiui, iš jų gaminamos automobilių spyruoklės, dyzelinių ir kitų variklių komponentai ir kt.
Su daugybe technologinių pranašumų kaliojo ketaus daugiausia naudojamas liejiniams, kurių sienelės yra gana plonos nuo 3 mm iki 40 mm.
Išvada
Šiame straipsnyje pateikiamos bendros kaliojo ketaus gamybos, savybių, ženklinimo ir pritaikymo koncepcijos. Taip pat galite išplėsti savo žinias žiūrėdami vaizdo įrašą:
Ketus yra geležies ir anglies lydinys, kuriame anglies yra nuo 2,14 iki 6,67%.
Ketus yra pigi inžinerinė medžiaga, turinti geras liejimo savybes. Tai žaliava plieno lydymui. Ketaus yra gaunamas iš geležies rūdos naudojant kurą ir srautus.
Ketaus gamyba yra sudėtingas cheminis procesas. Jį sudaro trys etapai: geležies redukcija iš oksidų, geležies pavertimas ketaus ir šlako susidarymas. Šis procesas išsamiai aptariamas chemijos kurse.
Ketaus savybės daugiausia priklauso nuo anglies ir kitų priemaišų, neišvengiamai įtrauktų į jo sudėtį: silicio (iki 4,3%), mangano (iki 2%), sieros (iki 0,07%) ir fosforo (iki 1%) kiekio. . 2%).
Anglis yra vienas iš pagrindinių ketaus elementų. Atsižvelgiant į lydinyje esančios anglies kiekį ir būklę, gaunami tam tikri ketaus tipai. Anglis su geležimi jungiasi dviem būdais: skystame ketuje anglis yra ištirpusios būsenos, o kietoje – chemiškai sujungta su geležimi arba mechaninės priemaišos pavidalu mažų grafito plokštelių pavidalu.
Silicis yra svarbiausias ketaus elementas po anglies, jis padidina jo sklandumą, pagerina liejimo savybes ir daro ketų minkštesnį.
Manganas padidina ketaus stiprumą.
Ketaus siera yra kenksminga priemaiša, sukelianti raudoną trapumą (įtrūkimų susidarymą karštuose liejiniuose). Tai pablogina ketaus takumą, todėl jis tampa storas, dėl to jis blogai užpildo formą.
Fosforas sumažina ketaus mechanines savybes ir sukelia šaltą trapumą (šalto liejinio įtrūkimų susidarymą). Priklausomai nuo anglies ketaus būsenos, ketus skirstomas į baltą (anglis cheminiame derinyje su geležimi cementito FeC pavidalu) ir pilkąjį (laisvoji anglis grafito pavidalu).
Baltasis ketus yra labai kietas ir trapus, sunkiai liejamas ir sunkiai apdirbamas pjovimo įrankiais. Paprastai jis naudojamas lydyti plienui arba kaliajam ketui gaminti, todėl vadinamas ketumi.
Pilkasis ketus plačiausiai naudojamas mechaninėje inžinerijoje. Jis turi mažą plastiškumą ir lankstumą, tačiau yra lengvai apdirbamas pjovimo būdu ir yra naudojamas mažo smūgio dalims ir dalims, kurios gali susidėvėti. Pilkasis ketus su dideliu fosforo kiekiu (0,3-1,2%) yra skystas ir naudojamas meniniam liejimui.
Pilkas ketus žymimas raidėmis ir dviem skaičiais, pavyzdžiui SCH 120-280. Raidės SCH žymi pilkąjį ketų, pirmasis skaičius – tempimo stipris (MPa), o antrasis skaičius – tempimo stipris (taip pat MPa) atliekant lenkimo bandymus.
Pagal cheminę sudėtį ir paskirtį ketus skirstomas į legiruotus, specialiuosius arba ferolydinius, kaliuosius ir didelio stiprumo ketus.
Legiruotojo ketaus, kartu su įprastomis priemaišomis, yra elementų: chromo, nikelio, titano ir kt. Šie elementai pagerina kietumą, stiprumą ir atsparumą dilimui. Yra chromo, titano ir nikelio ketaus. Jie naudojami
gamina mašinų dalis su padidintomis mechaninėmis savybėmis, dirba vandeniniuose tirpaluose, dujose ir kitoje agresyvioje aplinkoje.
Specialiame ketaus arba ferolydinio sudėtyje yra daug silicio arba mangano. Tai apima feromanganą, kuriame yra iki 25% mangano, ir ferosilicis, kuriame yra 9-13% silicio ir 15-25% mangano. Šie ketaus yra naudojami lydant plieną, siekiant jį deoksiduoti, t.y. kenksmingoms priemaišoms – deguoniui – pašalinti iš plieno.
Kalusis ketus gaunamas termiškai apdorojant iš baltojo ketaus. Jis gavo savo pavadinimą dėl padidinto plastiškumo ir klampumo (nors jis nėra apdorojamas slėgiu). Kalusis ketus padidino tempimo stiprumą ir didelį atsparumą smūgiams. Iš kaliojo ketaus gaminamos sudėtingų formų dalys: automobilio galinės ašies korpusai, stabdžių trinkelės, trišakiai, kampai ir kt.
Kalusis ketus žymimas dviem raidėmis ir dviem skaičiais, pavyzdžiui, KCH 370-12. Raidės KCH reiškia kaliąjį ketų, pirmasis skaičius yra tempiamasis stipris (MPa), antrasis skaičius – santykinis pailgėjimas (procentais), apibūdinantis ketaus plastiškumą.
Didelio stiprumo ketus gaminamas į skystą pilkąjį ketų įdedant specialių priedų. Jis naudojamas svarbesnių gaminių gamybai, pakeičiant plieną (alkūniniai velenai, stūmokliai, krumpliaračiai ir kt.). Kalusis ketus taip pat žymimas dviem raidėmis ir dviem skaičiais, pavyzdžiui, HF 450-5. Raidės HF žymi kaliąjį ketų, o skaičiai turi tą pačią reikšmę kaip ir kaliojo ketaus klasėse
Ketaus tvirtai įžengė į mūsų gyvenimą prieš daugelį metų. Jį gana lengva gaminti ir plačiai naudoti įvairiose srityse. Norėdami aiškiai suprasti šią medžiagą, turite žinoti jos ypatybes, trūkumus, privalumus, cheminę sudėtį, savybes, ketaus ir jo lydinių struktūrą, jų gamybą ir taikymo sritį.
Taigi, išsiaiškinkime, kurie geležies ir anglies lydiniai vadinami ketaus.
Koncepcija
Ketus yra geležies ir anglies lydinys, kuriame yra anglies, tai yra, tai medžiaga, kurią sudaro lydinys ir anglis. Anglies procentas ketuje yra daugiau nei 2,14%. Pastarasis elementas gali būti įtrauktas į ketų grafito arba cementito pavidalu.
Šiame vaizdo įraše kalbama apie ketaus savybes:
Veislės
Yra balto ir pilko ketaus.
- Baltajame ketuje esanti anglis yra geležies karbido pavidalo. Jei jį sulaužysite, pamatysite baltą atspalvį. Baltasis ketus gryna forma nenaudojamas. Jis pridedamas prie kaliojo ketaus gamybos proceso.
- Įtrūkus, pilkasis ketus turi sidabrinį atspalvį. Šio tipo ketaus naudojimas yra platus. Jis puikiai tinka apdirbti pjaustytuvais.
Be to, ketaus yra didelio stiprumo, kaliojo ir pasižymi ypatingomis savybėmis.
- Didelio stiprumo Ketaus naudojamas gaminio stiprumui padidinti. Tokio ketaus mechaninės savybės leidžia tai padaryti puikiai. Didelio stiprumo ketus gaunamas iš pilkojo ketaus, į masę įmaišius magnio.
- Kalus Ketaus yra pilkos spalvos rūšis. Pavadinimas nereiškia, kad šis ketus yra lengvai kaldinamas. Jis turi padidintas plastiškumo savybes. Jis gaunamas atkaitinant baltąjį ketų.
- Jie taip pat skiriasi pusbalsis ketaus. Dalis joje esančios anglies yra grafito, o likusi dalis – cementito pavidalo.
Ypatumai
Ketaus ypatumas slypi jo gamybos procese. Įvairių rūšių ketaus vidutinė lydymosi temperatūra yra 1200ºC. Ši vertė yra 300 laipsnių mažesnė nei plieno. Taip yra dėl labai didelio anglies kiekio. Anglies ir neturi labai artimų santykių vienas su kitu.
Kai vyksta lydymosi procesas, anglis negali būti visiškai įtraukta į geležies gardelę. Dėl to ketus įgauna trapumo savybę. Jis negali būti naudojamas gaminant dalis, kurioms bus nuolatinė apkrova.
Ketus yra juodosios metalurgijos medžiaga. Jo charakteristikos dažnai lyginamos su plienu. Gaminiai iš plieno arba ketaus plačiai naudojami mūsų gyvenime. Jų naudojimas yra pagrįstas. Palyginę charakteristikas apie šias dvi medžiagas galime pasakyti:
- Ketaus gaminių kaina yra mažesnė nei plieno.
- Medžiagos skiriasi spalvomis. Ketaus yra tamsiai matinė medžiaga, o plienas yra lengvas ir blizgus.
- Ketaus lieti lengviau nei plieną. Tačiau plieną lengviau suvirinti ir kalti.
- Ketaus yra mažiau patvarus nei plienas.
- Ketaus svoris yra lengvesnis nei plienas.
- Plienas turi didesnį anglies kiekį nei plienas.
Privalumai ir trūkumai
Ketaus, kaip ir bet kuri medžiaga, turi teigiamų ir neigiamų pusių.
Ketaus pranašumai yra šie:
- Ketaus anglis gali būti įvairių būsenų. Todėl ši medžiaga gali būti dviejų tipų (pilka ir balta).
- Tam tikrų rūšių ketaus stiprumas yra didesnis, todėl ketus kartais dedamas ant tos pačios linijos kaip ir plienas.
- Ketaus gali išlaikyti temperatūrą gana ilgą laiką. Tai yra, kai šildoma, šiluma tolygiai pasiskirsto visoje medžiagoje ir išlieka joje ilgą laiką.
- Kalbant apie ekologiškumą, ketus yra švari medžiaga. Todėl jis dažnai naudojamas gaminant patiekalus, kuriuose vėliau ruošiamas maistas.
- Ketus yra atsparus rūgščių-šarmų sąlygoms.
- Ketaus turi gerą higieną.
- Medžiaga turi gana ilgą tarnavimo laiką. Pastebėta, kad kuo ilgiau naudojamas ketus, tuo geresnė jo kokybė.
- Ketaus yra patvari medžiaga.
- Ketaus yra nekenksminga medžiaga. Jis negali padaryti net nežymios žalos organizmui.
Ketaus trūkumai yra šie:
- Ketaus rūdys, jei trumpam bus veikiamas vandens.
- Ketus yra brangi medžiaga. Tačiau šis minusas yra pagrįstas. Ketus yra labai kokybiškas, praktiškas ir patikimas. Iš jo pagaminti daiktai taip pat yra aukštos kokybės ir patvarūs.
- Pilkasis ketus pasižymi mažu lankstumu.
- Baltajam ketui būdingas trapumas. Jis daugiausia naudojamas lydymui.
Savybės ir charakteristikos
- Fizinis. Šios charakteristikos apima: savitąjį svorį, tiesinio plėtimosi koeficientą, faktinį susitraukimą. Specifinis tankis skiriasi priklausomai nuo anglies kiekio medžiagoje.
- Šiluminis. Medžiagos šilumos laidumas paprastai apskaičiuojamas taikant poslinkio taisyklę. Kieto ketaus tūrinė šiluminė talpa lygi 1 cal/cm 3 * o C. Jei ketus yra skystas, tai jis yra maždaug 1,5 cal/cm 3 * o C.
- Mechaninis. Šios savybės priklauso nuo paties pagrindo, taip pat nuo grafito dydžio ir formos. Pilkasis ketus su perlito pagrindu laikomas patvariausiu, o kalusiausias – su feritiniu pagrindu. Didžiausias stiprumo sumažėjimas pastebimas naudojant grafito "plokštės" formą, o minimalus - "rutulio" formą.
- Hidrodinaminis. Ketaus klampumas skiriasi priklausomai nuo mangano ir sieros buvimo. Jis taip pat smarkiai padidėja, kai ketaus temperatūra viršija tašką, kuriame prasideda kietėjimas.
- Technologinis. Ketaus pasižymi puikiomis liejimo savybėmis, atsparumu dilimui ir vibracijai.
- Cheminis. Pagal elektrodo potencialą (mažėjimo tvarka) ketaus konstrukciniai komponentai yra išdėstyti tokia forma: cementitas - fosfidinis eutektikas - feritas.
Ketaus ir plieno cheminės sudėties ir savybių skirtumai
Ketaus savybes veikia ypatingos priemaišos.
- Taigi, pridėjus sieros, galima žymiai sumažinti sklandumą ir sumažinti atsparumą ugniai.
- Fosforo pridėjimas vienu metu leidžia sukurti sudėtingos formos gaminį, tačiau nesuteikia jam didesnio stiprumo.
- Formoje esantis priemaiša lydymosi temperatūrą sumažina ne tokią aukštą ir žymiai pagerina liejimo savybes. Skirtingas silicio procentas sukuria skirtingus ketaus tipus, nuo gryno balto iki feritinio.
- Manganas pablogina liejimo ir technologines savybes, bet padidina stiprumą ir kietumą.
Žemiau pateiktame vaizdo įraše bus parodyta, kaip suvirinti ketų naudojant elektrinį suvirinimą:
Struktūra ir sudėtis
Jei ketų laikysime konstrukcine medžiaga, tai metalinė ertmė su grafito inkliuzais. Ketaus struktūrą daugiausia sudaro perlitas, ledeburitas ir kalusis grafitas. Be to, kiekvienam ketaus tipui šie elementai vyrauja skirtingomis proporcijomis arba jų visai nėra.
Pagal ketaus struktūrą yra:
- perlitas,
- ferito ir
- feritinis-perlitinis.
Grafitas šioje medžiagoje yra viena iš šių formų:
- Rutulinis. Grafitas įgauna tokią formą, kai pridedama magnio. Sferinė grafito forma būdinga didelio stiprumo ketiniams.
- Plastmasinis. Grafitas yra panašus į žiedlapių formą. Tokia forma grafito yra įprastame ketaus. Šis ketus pasižymi padidintomis lankstumo savybėmis.
- Dribsniai. Grafitas įgauna tokią formą atkaitindamas baltą ketų. Grafitas dribsnių pavidalu randamas kaliajame ketuje.
- Vermikulinis. Pavadinta grafito forma randama pilkame ketaus. Jis buvo sukurtas specialiai tam, kad pagerintų lankstumą ir kitas savybes.
Metalo gamyba
specialiose aukštakrosnėse. Pagrindinė ketaus gamybos žaliava yra. Technologinis procesas susideda iš rūdos geležies oksidų redukavimo ir dėl to gaunamos kitos medžiagos – ketaus. Ketaus gamybai naudojamas toks kuras: koksas, gamtinės dujos ir terminis antracitas.
Kai rūda sumažėja, geležis yra kietos formos. Toliau jis nuleidžiamas į specialią krosnies dalį (garą), kur geležyje ištirpsta anglis. Išeiga yra skystas ketus, kuris patenka į apatinę krosnies dalį.
Ketaus kaina (už 1 kg) priklauso nuo anglies kiekio jame, papildomų priemaišų ir legiruojančių komponentų buvimo. Apytiksliai tonos ketaus kaina bus 8000 rublių.
Naudojimo sritys
- Jis naudojamas mechaninės inžinerijos dalių gamybai. Variklio blokai ir alkūniniai velenai daugiausia gaminami iš ketaus. Pastariesiems reikalingas pažangus ketus, į kurį dedama specialių grafito priedų. Dėl ketaus atsparumo trinčiai iš jo gaminamos puikios kokybės stabdžių trinkelės.
- Ketaus gali sklandžiai veikti net esant itin žemai temperatūrai. Todėl jis dažnai naudojamas gaminant mašinų dalis, kurios turės dirbti atšiauriomis klimato sąlygomis.
- Ketaus puikiai pasitvirtino metalurgijos srityje. Jis vertinamas dėl palyginti mažos kainos ir puikių liejimo savybių. Gaminiai iš ketaus pasižymi puikiu stiprumu ir atsparumu dilimui.
- Iš ketaus gaminama daug įvairių santechnikos gaminių. Tai kriauklės, radiatoriai, kriauklės ir įvairūs vamzdžiai. Ypač garsios ketaus vonios ir šildymo radiatoriai. Dalis jų ir šiandien tarnauja butuose, nors buvo įsigyti prieš daug metų. Ketaus gaminiai išlaiko savo pirminę išvaizdą ir nereikalauja restauravimo.
- Dėl gerų liejimo savybių ketus gamina tikrus meno kūrinius. Jis dažnai naudojamas meno gaminiams gaminti. Pavyzdžiui, tokie kaip gražūs ažūriniai vartai ar architektūros paminklai.
Ar renkatės vonią? Nežinote, kas geriau, ketaus ar plieno? Tada šis vaizdo įrašas jums padės: