Легкие цветные металлы
Наличие маркировок может существенно упростить задачу определения материала. После рафинирования образуется технически чистый алюминий, называемый первичным. Стоимость за 1 кг зависит от вида материала и варьируется от до рублей.
При этом способе железо получается в твердом виде, которое впоследствии переплавляется в мощных электрических печах. Кроме видов металлов и их сплавов, существуют также и различные марки, разновидность которых указывается в буквенно-цифровом виде, например Ст3. Группировка марок черного металла используемая в металлопрокате, значительно облегчает поиск того или иного вида черного металла для различных сфер жизнедеятельности человека.
Любой металлопрокат по форме, размерам и предельным отклонениям должен строго соответствовать требованиям ГОСТ. К черному металлу относятся следующие виды проката: листовой, сортовый, фасонный, трубный. Как уже известно, к черным металлам относится чугун и сталь, которые, по сути, очень схожи за исключением количества содержащегося углерода.
Низкоуглеродистые стали легко свариваемы и весьма пластичны, высокоуглеродистые же напротив — очень твердые, благодаря чему применяются в агрегатах режущих инструментов. Кроме углерода в чугунах и сталях содержатся другие компоненты, такие как кремний, марганец, сера, фосфор. Цветные металлы. Свое название данная группа металлов и сплавов получила, благодаря своим цветовым характеристикам.
Например, медь — красного цвета, и ее сплавы имеют красноватый оттенок. Сплавы получаются в результате смешивания металлов в различных пропорциях. Цветные металлы классифицируют последующим категориям. Сплавы цветных металлов, в их различных и определенных пропорциях, помогают добиться тех или иных свойств, благодаря которым становится возможным их применение в массовом производстве изделий.
Механические, физические и химические свойства сплавов можно менять не только при помощи изменений пропорций исходных металлов, но и путем дополнительного механического или химического воздействия на них, например, термообработкой, применения технологий старения и т. К механической обработке цветных металлов относится штамповка, ковка, прессование, прокатка, пайка, сварка и резка. Тяжелым цветные металлы : свинец, медь, олово, цинк, никель, ртуть. Легкие цветные металлы : алюминий, титан, магний, бериллий, стронций, кальций, литий, барий, калий, натрий, цезий и рубидий.
Благородные цветные металлы : платина, золото, серебро, осмий, родий, рутений, палладий. Тугоплавкие цветные металлы: вольфрам и ванадий, молибден и тантал, хром и ниобий, цирконий и марганец.
Рассеянные цветные металлы: индий, таллий, германий, рений, селен, гафний и теллур. Радиоактивные цветные металлы: уран, торий, радий, нептуний, актиний, америций, протактиний, плутоний, эйнштейний, калифорний, фермий, нобелий, менделевий и лоуренсий.
Многочисленную группу составляют редкоземельные металлы, такие как: тулий, эрбий, прометий, лютеций, церий, лантан, неодим, празеодим, европий, самарий, тербий, гадолиний, иттербий, гольмий, диспрозий,, иттрий и скандий. Стоит отметить, что большая часть литых изделий, а также проволока, квадраты, шестиугольники в виде прутков и мотков, ленты и полосы, листы и фольга изготавливаются из цветных металлов.
В последнее время в производстве даже начали использоваться порошки из данных металлов. Поскольку металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое внутреннее строение, то образующие их элементарные частицы атомы в процессе кристаллизации из расплавленного состояния группируются в строго определенной последовательности.
Эта последовательность называется кристаллической решеткой, представляющая собой воображаемый элемент объёма, который образован минимальным количеством атомов, чье многократное повторение позволяет построить весь кристалл.
Всего существует 14 различных типов кристаллических решёток.
Металлы преимущественно кристаллизуются в одном из трёх типов структур: объёмноцентрированная кубическая ОЦК , гранецентрированная кубическая ГЦК и гексагональная плотноупакованная ГПУ. Для изображения кристаллической решётки пользуются упрощенными схемами. В объёмно-центрированной кубической решётке содержится девять атомов: восемь расположены в вершинах куба и один — в центре объёма.
Такую решётку имеют молибден, вольфрам, ванадий и другие металлы. Физико-механические свойства металлов и сплавов. Железо - это название химического элемента, который условно называют низкоуглеродистой сталью или чистое железо.
Следует также отметить, что технически чистое железо имеет невысокие физико-механические характеристики, например твёрдость. Чистого железа в природе практически не встречается, за исключением метеоритов. Это объясняется способностью железа свободно соединяться с другими элементами, особенно с кислородом. После извлечения железа из руд оно содержит в своем составе определенное количество углерода и небольшое количество примесей.
Соединение железа с углеродом называется — железоуглеродистый сплав. Свойства железоуглеродистых сплавов, их назначение и способы обработки определяются количеством углерода. Углерод придает сплавам железа прочность и твердость, однако при этом снижает пластичность и вязкость. Чугун является прочным металлическим материалом, который получил свое широкое распространение практически в любой области. Прежде всего, следует рассмотреть производство чугуна.
Получение чугуна заключается в восстановлении железа из оксидов железной руды. Производство чугуна ведется преимущественно в доменных печах. Чугун является первичным продуктом переработки железных руд. Схема работы доменной печи: 1 — кокс; 2 — известняк; 3 — железная руда; 4 — поступление сырья; 5 — предохранительный клапан; 6 — выход отходящих газов; 7 — поддув горячего воздуха; 8 — чугун; 9 — шлак. Для производства обычного доменного чугуна используют шихту, которая состоит из железной руды, флюса, окатышей и топлива.
В состав железной руды входят железосодержащие минералы и пустая порода. Пригодность железной руды для доменной плавки определяется содержанием железа, составом пустой породы и концентрацией вредных примесей. В зависимости от концентрации железосодержащих минералов железные руды бывают богатыми, которые непосредственно используют, и бедными, которые подвергают обогащению.
Флюсы предназначены для понижения температуры плавления, обеспечения плавки руды и связывания пустой породы, неизбежно остающейся в руде после процесса рудоподготовки.
По химическому составу различают основные флюсы, кислые и нейтральные. К Основным флюсам относится известняк и доломит, к кислым — кремнезём, к нейтральным — глинозём. Они сплавляются с пустой породой и золой топлива, которые вместе образуют легкоплавкий сплав, не смешивающийся с жидким чугуном.
Основным видом топлива в доменном процессе служит кокс и природный газ или пылевидный каменный уголь. Топливо при выплавке чугуна является не только источником тепла, но и принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в процессе плавки. Оно является также и основным источником углерода. Доменная печь, или как ее еще называют — домна, относится к разряду шахтных и работает по принципу противотока.
Внутри печь выложена огнеупорным материалом чаще всего используют для этого шамотный кирпич , сверху покрыта стальным кожухом. Современные доменные печи имеют общую высоту до 80 метров и объём рабочего пространства до м 3 , что соответствует т готового чугуна в сутки.
На сегодняшний день технологический процесс производства чугуна полностью автоматизирован. Шихта непрерывно подается через загрузочные конвейеры в верхнюю часть печи, а снизу через фурмы вдувается горячий воздух.
Углерод в чугуне содержится в виде цементита или графита. Флюсы взаимодействуют с компонентами руды, образуя при этом шлак, который состоит из вредных примесей сера, фосфор , пустой породы, излишек марганца и некоторых цветных металлов. Доменные газы выпускаются через верхнюю часть печи.
Расплавленный чугун стекает вниз, а расплавленный шлак, как более легкая смесь, находится сверху чугуна, предохраняя его от окисления. Жидкий чугун выпускается через нижнюю летку, шлаки — через верхнюю. В доменных печах получают жидкий передельный и литейный чугуны, доменные ферросплавы, шлак и доменные газы.
Чугун является основным и главным продуктом доменного производства, а шлак и доменные газы — побочными. По форме включения графита в сплаве различают:. В зависимости от химического состава выпускаются нелегированные и легированные чугуны. Легированные чугуны это сплавы для специального назначения, который используется приблизительно тот же комплекс легирующих элементов, что и в сталях: хром, никель, алюминий, молибден и ванадий. В зависимости от химического состава и микроструктуры выпускают передельный, литейный, белый, серый, модифицированный, высокопрочный и ковкий чугуны.
Разберем по отдельности каждый вид чугуна и выявим их уникальные особенности. Передельный чугун. В его структуре преобладает цементит, который является твердым и в то же время хрупким соединением. Передельный чугун выпускается трех типов:. Нормативы передельного чугуна регламентируются межгосударственным стандартом ГОСТ Литейный чугун. В зависимости от массовой доли кремния и назначения чугуна, изготовляют различные марки от Л1 до Л6.
Также возможно изготовление чугуна с применением литейного рафинированного магния марок, благодаря чему получаются марки от ЛР1 до ЛР7. Предназначается литейный чугун для дальнейшей переплавки в чугунолитейных цехах при производстве чугунных отливок. Нормативы литейного чугуна регламентируются межгосударственным стандартом ГОСТ Белый чугун.
По сути белый чугун по структуре схож с серым за разницей лишь того, что для каждого вид существуют различные условия охлаждения. Белый чугун получают при быстром охлаждении расплава. По сути это передельные чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита.
В поперечном сечении они имеют матово-белый цвет и характерный металлический блеск. Из-за большого содержания цементита белые чугуны обладают высокой твёрдостью … НВ , износостойкостью, хрупкостью, но плохо обрабатывается. Поэтому для изготовления изделий они не используется. Применяются как передельный чугун для производства стали или для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун.
Серый чугун. Так называются литейные чугуны с пластинчатой формой графита, в изломе имеющие серый цвет. Его получают при медленном охлаждении жидкого чугуна. Механические свойства серого чугуна определяются в основном количеством, формой и размерами графитных структур. По сравнению с металлической основой они имеет более низкую прочность, так как графитные соединения нарушают сплошною структуру материала, что ослабевает металлическую основу.
Чем меньше графитовых включений и выше их дисперсность, тем больше прочность чугуна.
В случае предварительного подогрева может хорошо свариваться, обладает хорошими литейными свойствами. Выпускается марок СЧ…СЧ В основу стандартизации серого чугуна положен принцип регламентирования минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении.
Например, марка СЧ указывает, что минимальное временное сопротивление при растяжении серого чугуна составляет не менее МПа. В строительстве серый чугун применяют главным образом для изготовления изделий, работающих при сжатии башмаки, тюбинги, колонны в санитарно-технических системах и в архитектурно-художественном оформлении. Высокопрочный чугун. Данный тип чугуна является разновидностью серого, но из-за повышенных механических свойств они состоят в особой группе.
В результате модифицирования частицы графита находятся в чугуне в виде маленьких сфер, которые исключают образование и распространение трещин. Помимо высокой прочности чугун обладает также высокой пластичностью, что делает его уникальным. Выпускается марок ВЧ…ВЧ Высокопрочные чугуны используются в различных отраслях техники, эффективно заменяя при этом сталь во многих изделиях и конструкциях.
Из них изготовляют разнообразные профильные трубы, оборудования прокатных станов, кузнечно-прессовые оборудования, корпуса паровых турбин, коленчатые валы и другие детали, работающие при циклических нагрузках и в условиях сильного износа. Общие сведения о сталях. Сталь - это деформируемый сплав железа с добавлением углерода и другими обязательными примесями, такие как кремний, сера, фосфор.
Сталь занимает левую часть диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов см. Также в состав стали входят и другие химические элементы, вводимые специально для улучшения показателей свойств или легирования. В этот состав входят такие компоненты как кремний, марганец, фосфор, сера, никель, ванадий, хром и молибден. По сравнению с чугуном сталь имеет лучшие механические свойства, что обусловлено, прежде всего, меньшей концентрацией углерода.
Производство стали и изготовление из нее изделий представляет собой сложный процесс, сочетающий химические и технологические процессы, целый перечень специализированных операций, которые используются для получения качественного металла и различных изделий из него. Исходным сырьем для производства стали являются ферросплавы, металлодобавки, флюсы, окислители, металлошихта, среди которых может быть передельный чугун или стальной лом.
Чугун переделывается в сталь в мартеновых или дуговых электросталеплавильных печах. Если сравнить содержание основных примесей в стали и чугуне, то в стали их на порядок меньше. Следовательно, целью любого металлургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их выгорания и перевода в шлак и газы в процессе плавки с последующим раскислением.
В результате получается сталь заданного химического состава. При этом образуется химически активный шлак с необходимым содержанием оксида кальция для удаления примесей.
Следовательно, источником теплоты при конвертерном способе являются химические реакции окисления элементов, входящих в состав чугуна.
Последними операциями плавки являются слив металла, а затем шлака. Мартеновский процесс перевлапвки чугуна в сталь осуществляется в плазменной отражательной печи, оснащенной системой регенерации, которая направлена на использование теплоты отходящих при горении газов для подогрева воздуха и газообразного топлива. Сталь получается в результате окислительной плавки загруженных в печь железосодержащих материалов и сложных процессов взаимодействия между металлом, шлаком и газовой средой.
Схема получения стали из мартеновской печи:. Выплавка стали в электропечах основана на использовании электроэнергии для нагрева металла. Электрические печи для плавки металла подразделяются на дуговые, индукционные и печи сопротивления.
Источником тепла в дуговой печи является электрическая дуга, которая возникают между электродами и жидким металлом или шихтой при приложении к электродам электрического тока необходимой силы.
В индукционных печах для выплавки стали используется тепло, выделяющееся за счет влияния электрического тока переменным магнитным полем. Проводящая электрический ток шихта подвергается воздействию переменного магнитного поля и нагревается вследствие теплового воздействия вихревых токов. Индукционные печи применяют для выплавки высоколегированных сталей и сплавов с низким содержанием углерода, а также для производства тонкостенного фасонного литья.
Выплавка стали в электропечах. Полученную в сталеплавильных агрегатах сталь выпускают в разливочный ковш, а затем либо разливают в металлические формы, либо направляют к машинам непрерывного литья стали. Незначительная часть стали идет на фасонное литье. В результате затвердевания металла получаются стальные слитки или заготовки, которые в дальнейшем подвергают обработке с помощью давления. Технология и организация разливки является весьма ответственным этапом в общем производстве стали и в значительной мере определяет её качество и количество отходов при последующем переделе стальных слитков.
Металлургической промышленностью разных стран вырабатывается более 2 тысяч различных марок сталей и сплавов на основе железа. Углеродистая сталь. Содержание углерода и примесей определяют дальнейшую структуру и свойства стали. С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Данное изменение приводит к повышению прочности и уменьшению пластичности.
Увеличение содержания углерода повышает также порог хладноломкости и снижает ударную вязкость, ухудшаются литейные свойства, обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Однако стали с низким содержанием углерода тоже плохо обрабатываются резанием. В сталях всегда присутствуют примеси, подразделяющиеся на постоянные или обычные например, кремний, марганец, сера и фосфор , скрытые газы в виде кислорода, азота и водорода , специальные легирующие и случайные.
Наличие примесей в стали объясняется технологической особенностью её производства и невозможностью от их полного полного удаления. Они тоже оказывают существенное влияние на качество стали.
Для строительных металлических конструкций применяют в основном низкоуглеродистые стали обыкновенного качества, а для важных и ответственных строительных объектов— качественные.
В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается повышенное содержание примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями. В зависимости от содержания углерода, марганца и кремния углеродистая сталь обыкновенного качества подразделяется на марки от Ст0 до Ст6. Буквы «Ст» обозначают «сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава.
При этом с увеличением номера содержание углерода в стали возрастает, но прямого количественного соответствия номера и содержания углерода нет. Чем выше марка стали, тем больше в ней содержание углерода, выше прочность и, соответственно, ниже пластичность. Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента 05; 08; 10; 25; 40 и др.
Углеродистая сталь обыкновенного качества используется для изготовления горячекатаного проката: сортового, фасонного, толстолистового и тонколистового проката, широкополосного и холоднокатанного проката, а также слитков, блюмов, слябов, сутунки, труб, лент, проволоки, метизов и других изделий.
Легированная сталь. Легированными называют стали, в которые для получения требуемых свойств вводят специальные добавки других элементов, с соблюдением массовой доли. Чаще всего легирующими добавками являются — никель, хром, молибден, вольфрам, медь и др. Добавки оказывают различное влияние, как на кристаллическое строение, так и на физико-механические характеристики стали.
Легированные стали обладают также более высоким уровнем механических и технологических свойств и прежде всего прочности. С помощью легирования можно придать стали различные специальные свойства такие как - антикоррозионную, износостойкость, жаростойкость и тд. Низколегированные конструкционные стали являются переходными между углеродистыми и легированными. Они имеют, по сравнению с углеродистой сталью, повышенную прочность, пониженную склонность к старению, хорошую свариваемость, повышенную износостойкость и коррозионную стойкость в различных средах.
По наличию основных легирующих элементов сталь подразделяется на группы: хромистая, марганцевая, хромоникелевая, хромокремнистая и др. По назначению легированные стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами. Легированная конструкционная сталь ГОСТ в зависимости от химического состава и свойств делятся на качественные, высококачественные А и особовысококачественные Ш. По видам обработки при поставке сталь разделяют на горячекатаную, кованую, калиброванную, серебрянку.
В обозначении марок конструкционной легированной стали первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, а буквы обозначают легирующий элемент. Цифры после букв указывают на среднее содержание данного элемента в целых единицах.
Строительная сталь. Стали, которые используются для изготовления металлических конструкций в сооружениях промышленного и гражданского строительства, пролётных строений мостов, магистральных нефте-газопроводов, армирования бетона называют строительными.
Основные требования, предъявляемые к таким сталям — это высокие прочностные параметры куда включен предел текучести и временное сопротивление разрыву при растяжении , хорошая свариваемость, значительная пластичность, надежность и долговечность.
Нормируется также химический состав с указанием предельного содержания углерода, азота, алюминия, кальция, фосфора, серы и других элементов. В основном для строительных целей применяют низколегированные и углеродистые стали обыкновенного качества. С увеличением содержания углерода повышается твердость, прочность, улучшается обработка резанием, но снижается пластичность и ухудшается свариваемость.
Благодаря меди повышается стойкость к атмосферной коррозии. Поставка строительных сталей с разделением по механическим свойствам в виде листов разной толщины и сортового проката. Общие сведения.
Объясняется это их небольшим содержанием в земной коре, малым содержанием в рудах, сложностью производства, а, следовательно, и высокой стоимостью. Однако, несмотря на более высокую стоимость и сложность производства, они находят достаточно широкое применение в изготовлении металлических конструкций, различных декоративных элементов, облицовочных панелей, дверей, оконных рам, кровельных материалов, труб и других изделий.
И всё это благодаря их уникальным физико-химическим и механическим свойствам. Цветные металлы обладают большой пластичностью, малой твёрдостью, имеют широкий диапазон температур плавления. К лёгким металлам относят магний, алюминий, титан, бериллий, к тяжёлым — медь, свинец, олово, никель. Из группы цветных металлов выделяют также легкоплавкие и тугоплавкие металлы. Четкой границы между тугоплавкими и легкоплавкими металлами нет.
К легкоплавким металлам относят олово, свинец, цинк, кадмий, висмут. Некоторые из них используют для приготовления припоев различных составов и назначения. К тугоплавким металлам относят хром, титан, молибден и др. Их используют главным образом в качестве легирующих добавок.
Применяют цветные металлы, как правило, в виде сплавов, так как в чистом виде они обладают недостаточной прочностью. Наибольшее распространение получили сплавы на основе меди, алюминия, титана, олова, магния и других металлов. В природе алюминия в самородном виде нет. Встречается только в виде соединений. Процесс получения алюминия является довольно сложным, энергоёмким и включает: получение из бокситов вначале глинозёма, а затем восстановление из раствора глинозёма электролизом в расплавленном криолите металлического алюминия.
Образующийся в результате электролиза жидкий алюминий собирается на дне ванны под слоем электролита. Его называют алюминием-сырцом. Он содержит в своём составе металлические и неметаллические примеси, а также газы. Поэтому алюминийсырец рафинируют. После рафинирования образуется технически чистый алюминий, называемый первичным. Расплавленный металл разливается в определенные формы и отправляется в прокатное производство.
Выпускается в виде заготовок, отливок, чушек, слитков, катанки, ленты и других изделий. Примеси оказывают существенное влияние на электрические и технологические свойства алюминия, его коррозионную стойкость. Алюминий представляет собой серебристо-белый лёгкий металл с высокой тепло- и электропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью в атмосфере и во многих агрессивных средах.
По электропроводности он занимает третье место после серебра и меди. Чем чище алюминий, тем выше его электропроводность и коррозионная стойкость. На воздухе алюминий покрывается тонкой прочной беспористой плёнкой оксида алюминия Аl2O3 толщиной примерно 10 нм, защищающей металл от дальнейшего 32 окисления и обусловливающей его высокую коррозионную стойкость.
Однако в щелочных средах и некоторых неорганических кислотах алюминий быстро разрушается. Алюминий обладает высокой технологической пластичностью, сваривается, полируется, но относительно плохо обрабатывается резанием из-за высокой вязкости и налипания металла на инструмент. Вместе с тем он хорошо обрабатывается давлением, поэтому применяется для изготовления тонких листов, проката, в том числе и фольги различного назначения.
При холодной пластической деформации прокатка, волочение в результате наклёпа получают твёрдый алюминий АТ , который имеет повышенные механические характеристики прочность, твёрдость , но при этом снижается относительное удлинение. В чистом виде алюминий применяют для изготовления фольги, порошка, проволоки. Добавить информацию для других стран и регионов. После исправления проблемы исключите её из списка. Удалите шаблон, если устранены все недостатки. Это заготовка статьи о металлургии.
Помогите Википедии, дополнив её. Общие понятия Металлы Сплав Металлургический передел Металлургический комбинат Металлургический комплекс Металлург История производства и использования железа.
Чёрная металлургия Цветная металлургия Металлургия редкоземельных металлов Металлургия радиоактивных металлов. Гидрометаллургия Пирометаллургия Порошковая металлургия Металлотермия. Электрометаллургия Плазменная металлургия.
Алюминий Медь. Окускование Агломерация Окомкование Брикетирование Коксование. Доменный процесс Задувка доменной печи Горячее дутьё Прямое восстановление железа. Конвертерный процесс Мартеновский процесс Бессемеровский процесс Томасовский процесс Пудлингование Газокислородное рафинирование Внепечная обработка стали Легирование Раскисление металлов Десульфурация. Алюминотермия Процесс Миллера Аффинаж. Вакуумная металлургия Термическая обработка металлов Литьё Сварка Коррозия. Агломашина Обжиговая машина Брикетный пресс Коксовая батарея.
МНЛЗ Изложница. Вакууматор Миксер. Чугун Сталь Слиток Черновые металлы. Гранулированный шлак Штейн. Металловедение Материаловедение Физика металлов Химия металлов. Металлургия издательство. Периодическая таблица. Дмитрий Иванович Менделеев Периодический закон Группы элементов.
