Преимущества железа

Преимущества железа

Железо – металл, содержащий химический элемент железо (Fe) и другие химические элементы лишь в виде примесей или загрязнений. Железо служит основой железоуглеродистых сплавов (стали и чугуна), а также является промышленным металлом (железо высокой чистоты, техническое железо). Оно имеет несколько модификаций (форм) атомно-кристаллической решётки: α-железо в интервале температур от 20 до 910оС; γ-железо в интервале температур от 910 до 1400оС; δ-железо от 1400оС до температуры плавления.

Свойства железа редко изменяются при переходе из одной модификации в другую при определённых температурах, которые называются критическими точками АС1, АС2, АС3. В твёрдом состоянии оно может находиться в двух модификациях — α-железо (К8) и δ-железо (К12). Железо образует со многими элементами растворы: с металлами растворы замещения; с углеродом, азотом, водородом – растворы внедрения.

Углерод растворяется в железе, а железо практически не растворяет его или растворяет в очень небольшом количестве (до 0,02%). Таким образом, структура, состоящая из одного феррита, наблюдается только в железе особой чистоты или технически чистом.

Железо в промышленности изготовляют различной чистоты. Для целей научных исследований можно получить железо высокой чистоты с общим содержанием примесей около 0,01% (и даже меньше). Но в большинстве случаев, как для исследований, так и для технических целей, применяют так называемое техническое железо (железо Армко), которое содержит примерно 99,8-99,9% Fe и 0,1-0,2% примесей, состоящих более чем из десятка элементов. В техническом железе содержится не более 0,01% С и до 0,01% Si, а остальные элементы содержатся в тысячных и десятитысячных долях процента.

Техническое железо применяют для изготовления деталей и узлов конструкций, а также для магнитопроводов, полюсных наконечников и т.п., т.е. в качестве магнитно-мягкого материала.

Сталь

Характеристика. Сталь представляет собой деформируемый железоуглеродистый сплав, содержание углерода в котором обычно не превышает 2,14%.

Углерод – обязательный компонент стали. Он определяет её основные свойства и обусловливает способность изменять их при термической обработке. Содержание углерода в стали находится в пределах 0,05-1,5%.

Кроме углерода сталь содержит ещё и примеси: постоянные (обычные, неизбежные), случайные (местные) и специальные (легирующие элементы).

Постоянные примеси (Si, Mn, S, P и газы) в определённом количестве всегда (постоянно) присутствуют в стали. Первые два элемента вводят в процессе плавки стали (до 0,4% Si и 0,1-0,8% Mn), а вторые два элемента попадают из руд и вторичного сырья (до 0,05% S и Р). Кремний и марганец присутствуют в любой стали, оставаясь в ней после раскисления в небольшом количестве в виде полезных примесей (они являются раскислителями). Марганец повышает прочность горячекатаной стали.

Сера и фосфор – вредные примеси, придают стали красноломкость (потери пластичности при 800оС и выше).Сталь с повышенным содержанием серы не поддаётся горячей обработке давлением. Кроме того, сера ухудшает механические свойства стали в холодном состоянии, значительно понижает её вязкость. Единственное положительное влияние серы на свойства – улучшение обрабатываемости резанием.

Фосфор ухудшает пластические свойства стали, понижает ударную вязкость при комнатной температуре, а особенно при отрицательной температуре (придаёт стали хладноломкость). Это влияние заметно сказывается при содержании фосфора свыше 0,1%. В отдельных случаях фосфор улучшает обрабатываемость стали резанием, а в присутствии меди – её антикоррозийные свойства.

Сера и фосфор в повышенных количествах допускаются только в стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием, которая имеет сравнительно невысокие механические свойства.

Газы (кислород, водород, азот) как правило являются вредными примесями, присутствуют в любой стали в очень малых количествах, и их называют скрытыми примесями. Газы присутствуют в твёрдой стали в следующих формах: в газообразном состоянии (в порах. пустотах), в α-твёрдом растворе: в виде соединений, т.е. неметаллических включений (нитридов, оксидов).

Большое количество водорода в стали опасно, так как это может привести к внутренним надрывам (флокенам). С течением времени количество водорода в стали уменьшается за счёт выделения его из металла, которое происходит в следствии того, что водород не образует соединений с железом. Выделение водорода сопровождается улучшением механических свойств стали, особенно пластичности.

Азот и кислород образуют хрупкие неметаллические включения, ухудшающие свойства металла (уменьшение вязкости и повышение порога хладноломкости).

Специальные примеси (легирующие элементы) вводятся (добавляются) в сталь в определённых количествах с целью изменения её строения и свойств (повышение прочности, получение особых физико-химических свойств и т.д.). Легирующие элементы преимущественно растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррите, аустените, цементите) или образуют специальные карбиды.



Источник: studfile.net


Добавить комментарий