Legirani metali: opis, lista i karakteristike aplikacije

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Razvoj se poistovjećuje s poboljšanjem. Unapređenje industrijskih i kućnih mogućnosti vrši se upotrebom materijala sa progresivnim karakteristikama. To su, posebno, legirani metali. Njihova raznolikost je određena mogućnošću korekcije kvantitativnog i kvalitativnog sastava legirajućih elemenata.

Prirodni legirani čelik

Prvo istopljeno gvožđe, koje se razlikovalo od svojih rođaka po svojim svojstvima, bilo je prirodno legirano. Istopljeno praistorijsko meteorsko željezo sadržavalo je povećanu količinu nikla. Pronađen je u drevnim egipatskim grobovima od 4-5 milenijuma prije Krista. e., od istog je izgrađen arhitektonski spomenik Qutab Minar u Delhiju (V vijek). Japanski mačevi od damasta bili su napravljeni od željeza zasićenog molibdenom, a damaski čelik je sadržavao volfram, karakterističan za moderno brzo sečenje. To su bili metali, ruda za koje se kopala sa određenih mjesta.

Savremene legure za proizvodnju mogu sadržavati metalne inemetalnog porijekla, koji se ogledaju u njihovim karakteristikama i svojstvima.

Istorijski put

Osnove za razvoj legiranja postavljene su opravdavanjem metode taljenja čelika u loncu u Evropi u 18. veku. U primitivnijoj verziji, lončići su korišteni u drevnim vremenima, uključujući taljenje damasta i čelika iz Damaska. Početkom 18. veka ova tehnologija je unapređena u industrijskoj skali i omogućila je prilagođavanje sastava i kvaliteta izvornog materijala.

• Istovremeno otkriće sve više i više novih hemijskih elemenata gurnulo je istraživače na eksperimentalne eksperimente topljenja.
• Utvrđen je negativan uticaj bakra na kvalitet čelika.
• Otkriven mesing koji sadrži 6% gvožđa.

Eksperimenti su sprovedeni u smislu kvalitativnih i kvantitativnih efekata na čeličnu leguru volframa, mangana, titana, molibdena, kob alta, hroma, platine, nikla, aluminijuma i dr.

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

Obilježja dopinga

Savremene mogućnosti omogućavaju topljenje legiranih metala bilo kojeg sastava. Osnovni principi dotične tehnologije:

1. Komponente se smatraju legirajućim samo ako su uvedene namjerno i ako sadržaj svake prelazi 1%.
2. Sumpor, vodonik, fosfor se smatraju nečistoćama. kao nemetalnikoriste se inkluzije, bor, dušik, silicijum, rijetko - fosfor.
3. Bulk legiranje je uvođenje komponenti u rastopljenu supstancu u okviru metalurške proizvodnje. Površinski je metoda difuzionog zasićenja površinskog sloja potrebnim hemijskim elementima pod uticajem visokih temperatura.
4. Tokom procesa, aditivi mijenjaju kristalnu strukturu "kćerkog" materijala. Mogu stvoriti rješenja za prodor ili isključivanje, kao i postaviti na granice metalnih i nemetalnih struktura, stvarajući mehaničku mješavinu zrna. Stepen rastvorljivosti elemenata jedan u drugom igra veliku ulogu.

Legirajuće komponente

Prema opštoj klasifikaciji, svi metali se dele na crne i obojene. Crni uključuju gvožđe, hrom i mangan. Obojeni se dele na lake (aluminijum, magnezijum, kalijum), teške (nikl, cink, bakar), plemenite (platina, srebro, zlato), vatrostalne (volfram, molibden, vanadijum, titan), lake, retke zemlje i radioaktivne. Legirani metali uključuju širok izbor lakih, teških, plemenitih i vatrostalnih obojenih metala, kao i svih željeznih metala.

U zavisnosti od odnosa ovih elemenata i glavne mase legure, potonje se dele na niskolegirane (3%), srednje legirane (3-10%) i visokolegirane (više od 10 %).

Legurani čelici

Tehnološki, proces ne izaziva poteškoće. Raspon je veoma širok. Glavni ciljevi začelici su sljedeći:

• Povećajte snagu.
• Poboljšajte rezultate termičke obrade.
• Povećanje otpornosti na koroziju, otpornost na toplotu, otpornost na toplotu, otpornost na toplotu, otpornost na agresivne uslove rada, vijek trajanja.

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

Krom i nikl su glavne komponente koje definišu nerđajući čelik (X18H9T), kao i čelik otporan na toplotu, čije radne uslove karakterišu visoke temperature i udarna opterećenja (15X5). Do 1,5% se koristi za ležajeve i tarne dijelove (15HF, SHKH15SG)

Mangan je osnovna 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).

Aluminijum je primenljiv za gvožđe sa visokim električnim otporom (X13Y4).

Značajan sadržaj volframa je tipičan za brzorezne alatne čelike (R9, R18K5F2). Bušilica od legiranog metala napravljena od ovog materijala je mnogo produktivnija i otpornija na okidanje od istog alata napravljenog od ugljeničnog čelika.

Legirani čelici su ušli u svakodnevnu upotrebu. Istovremeno, poznate su takozvane legure sa neverovatnim svojstvima, takođe dobijene metodama legiranja. Dakle, "drveni čelik" sadrži 1% hromai 35% nikla, što određuje njegovu visoku toplotnu provodljivost, karakterističnu za drvo. Dijamant takođe sadrži 1,5% ugljika, 0,5% hroma i 5% volframa, što ga karakteriše kao posebno tvrdog, sličnog dijamantu.

Legiranje livenog gvožđa

Liveno gvožđe se razlikuje od čelika po značajnom sadržaju ugljenika (od 2,14 do 6,67%), visokoj tvrdoći i otpornosti na koroziju, ali niskoj čvrstoći. Kako bi se proširio spektar značajnih svojstava i primjena, legiran je hromom, manganom, aluminijumom, silicijumom, niklom, bakrom, volframom, vanadijumom.

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

Tehnologija je komplikovana niskom temperaturom topljenja (u prosjeku do 1000 ˚C), dok za većinu legirajućih elemenata značajno premašuje ovaj nivo.

Složeno legiranje je najefikasnije za liveno gvožđe. Pri tome treba uzeti u obzir povećanu vjerovatnoću segregacije takvih odljevaka, rizik od pucanja i nedostataka odljevaka. Racionalnije je tehnološki proces provoditi u elektromagnetnim i indukcijskim pećima. Obavezni korak u nizu je visokokvalitetna toplinska obrada.

Chromirani liveni gvožđe karakteriše visoka otpornost na habanje, čvrstoća, otpornost na toplotu, otpornost na starenje i koroziju (CH3, CH16). Koriste se u hemijskom inženjerstvu i u proizvodnji metalurške opreme.

Lijevano gvožđe legirano silicijumom odlikuju se visokom otpornošću na koroziju i otpornošću na agresivne hemijske spojeve, iako imaju zadovoljavajuća mehanička svojstva (ChS13, ChS17). Oni čine dijelove hemijske opreme, cjevovoda i pumpi.

Ljevano gvožđe otporno na toplinu primjer je visoko produktivnog kompleksnog legiranja. Sadrže željezne i legirajuće metale poput kroma, mangana, nikla. Odlikuje ih visoka otpornost na koroziju, otpornost na habanje i otpornost na velika opterećenja u uslovima visokih temperatura - delovi turbina, pumpi, motora, opreme hemijske industrije (ChN15D3Sh, ChN19Kh3Sh).

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

Legura bakra

Koristi se u čistom obliku i kao dio legura bakra, koje imaju široku paletu ovisno o odnosu osnovnih i legirajućih elemenata: mesing, bronza, bakronikl, nikl srebro i drugi.

Čisti mesing - legura sa cinkom - nije legirana. Ako sadrži legirajuće obojene metale u određenoj količini, smatra se višekomponentnim. Bronze su legure sa drugim metalnim sastojcima,mogu biti kalajni i ne sadrže kalaj, legirani su u svim slučajevima. Njihov kvalitet je poboljšan uz pomoć Mn, Fe, Zn, Ni, Sn, Pb, Be, Al, P, Si.

Sadržaj silicija u jedinjenjima bakra povećava njihovu otpornost na koroziju, čvrstoću i elastičnost; kalaj i olovo - određuju svojstva protiv trenja i pozitivne karakteristike u pogledu obradivosti; nikl i mangan - komponente takozvanih kovanih legura, koje također imaju pozitivan učinak na otpornost na koroziju; gvožđe poboljšava mehanička svojstva, dok cink poboljšava tehnološka svojstva.

Koristi se u elektrotehnici kao glavna sirovina za proizvodnju raznih žica, materijal za proizvodnju kritičnih delova za hemijsku opremu, u mašinstvu i instrumentaciji, u cevovodima i izmenjivačima toplote.

Legura aluminijuma

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

Bakar povećava svoju duktilnost; silicijum - fluidnost i kvalitetna svojstva livenja; hrom, mangan, magnezijum - poboljšavaju čvrstoću, tehnološka svojstva obradivosti pritiskom i otpornost na koroziju. Također, B, Pb, Zr,Ti, Bi.

Gvožđe je nepoželjna komponenta, ali se u malim količinama koristi u proizvodnji aluminijumske folije. Silumini se koriste za livenje kritičnih delova i kućišta u mašinstvu. Duralumin i legure za štancanje na bazi aluminijuma su važna sirovina za proizvodnju elemenata trupa, uključujući nosive konstrukcije, u industriji aviona, brodogradnji i mašinstvu.

Legirani metali se koriste u svim oblastima industrije kao oni koji imaju poboljšane mehaničke i tehnološke karakteristike u odnosu na originalni materijal. Raspon legirajućih elemenata i mogućnosti modernih tehnologija omogućavaju razne modifikacije koje proširuju mogućnosti u nauci i tehnologiji.