Основы металлургии

Человек с давних времен знаком с встречающимися в природе в свободном состоянии железом, медью, серебром и золотом. Целые эпохи в развитии цивилизации называют бронзовым или железным веком. За много веков до н. э. в Индии был найден секрет изготовления высококачественных сталей, который впоследствии был утрачен. В более поздние времена расширение и совершенствование производства железа и сплавов на его основе послужило одной из основ промышленной революции в европейских странах [2,7,10].

Хотя на металлы приходится почти 90 % всех известных в настоящее время элементов, вплоть до конца XIX века человек использовал для своих нужд лишь небольшую их часть, ограничиваясь наиболее доступными. В настоящее время нашли применение почти все известные металлы, а металлургия превратилась в одну из основных отраслей во всех промышленно развитых странах.

Классификация металлов

В химической технологии металлы классифицируют по иным признакам, чем в таблице Менделеева. В металлургии принято разделять металлы на черные и цветные. К черным относят железо и сплавы на его основе, а также хром и марганец, производство которых тесно связано с получением чугуна и стали. Все остальные металлы относят к цветным и делят на группы:

  • 1) тяжелые (цинк, медь, свинец, олово, никель);
  • 2) легкие (калий; натрий, магний, кальций, алюминий);
  • 3) драгоценные или благородные (серебро, золото, платина, палладий, платиноиды - рутений, родий, осмий, иридий);
  • 4) редкие, в том числе: тугоплавкие (вольфрам, ванадий, молибден, ниобий, тантал, цирконий); рассеянные (германий, галлий, теллур, селен, таллий, индий, рений); редкоземельные (лантан, иттрий, гафний, церий, скандий и др.); радиоактивные (уран, радий, актиний, торий, протактиний и др.); искусственные (полоний, астат, нептуний, плутоний); малые (сурьма, ртуть, висмут).

Приведенная классификация достаточно условна и основывается на таких характеристиках металлов, как их распространенность в природе, физико-химические свойства, применение и способы получения.

Из черных металлов в процессе металлургической обработки получают в зависимости от содержания углерода чугуны (2,14 - 4,5 % углерода) и стали (0,2 -2,14 % углерода). Граница, разделяющая чугуны и стали (2,14 % углерода), отвечает предельной растворимости углерода в твердом железе при температуре кристаллизации этого сплава (1130 °C). При более низкой температуре вследствие перехода железа в иную аллотропическую модификацию растворимость углерода в нем резко снижается. Это приводит к выделению из твердого раствора новой фазы, связанной с образованием соединения углерода с железом - цементита (РезС). В чугунах избыточный углерод может выделяться и в свободном состоянии - в виде графита. Если в чугунах значительная часть углерода присутствует в виде цементита, сплав приобретает твердость и хрупкость. Такой сплав называют белым

(передельным) чугуном, он отличается повышенной твердостью и хрупкостью и служит, в основном, для передела в сталь. Медленное охлаждение чугуна способствует частичному превращению цементита в графит. При этом образуется серый (литейный) чугун, для которого характерны хорошие литейные свойства, меньшая твердость и хрупкость. Он хорошо обрабатывается на станках и используется для изготовления колес, труб, художественного литья и т. п.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >