Металлы и сплавы

Металлы и сплавы

Термин "металл" произошёл от греческого слова métallon (от metalléuo — выкапываю, добываю из земли), которое означало первоначально копи, рудники.

Металлы, простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и

теплопроводностью, отрицательным температурным

коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны, пластичностью.

Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение.

Сплавы – это макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более элементов (металлов, реже - металлов и неметаллов) с характерными металлическими свойствами.

Классификация металлов и сплавов

Схема получения чугуна и стали

Главный исходный материал для производства чугуна в доменных печах – железные руды.

В доменном производстве применяют:

-Красный железняк (гематит) содержит железо в виде безводной окиси железа в количестве 45-65 %.

-Бурый железняк содержит железо в виде водных окислов. В

нем содержится 2550% железа.

-Магнитный железняк содержит 40-70% железа в виде закисиокиси железа.

-Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли в количестве 30-37 %.

Доменная печь Процесс восстановления руды выражается уравнением:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Пустую породу в руде образует диоксид кремния SiO2. Для превращения тугоплавкого кремнезема в более легкоплавкие соединения к руде добавляются флюс (CaCО3).

При флюса с SiO2 образуется CaSiO2, легко

отделяющийся в виде шлака.

При восстановлении руды железо получается в твердом состоянии. Постепенно оно растворяет в себе углерод; образуется чугун, который плавится и стекает в нижнюю часть горна, а жидкие шлаки собираются на поверхности чугуна.

Производство стали

Сталь выплавляют в основном в трех агрегатах:

-Конвекторах

-Мартеновских печах

-Электрических печах

Впроцессе продувки воздухом жидкого чугуна в конвекторе выгорают кремний, марганец, углерод и частично железо.

В мартеновском процессе (в отличие от конвертерных) тепла, выделяющегося в результате химических реакций окисления примесей, недостаточно для плавки. Поэтому в печь дополнительно подаётся тепло, получаемое в результате сжигания топлива (природный газ, мазут, коксовый и доменный газы).

Для выплавки стали используют электрические печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получили более широкое применение в металлургической промышленности.

Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства сталей

Стали (углеродистые) являются многокомпонентными сплавами. Кроме основы – железа (от 97,0 до 99,5% Fe) и углерода (до 2,14%), имеются ряд примесей: Mn, Si, S, P, O, N, H и др.

Наличие Mn, Si обусловлено технологическими особенностями производства (попадают в сталь в процессе раскисления).

Наличие P, S, O, N, H обусловлено невозможностью полного удаления их из металла при выплавке.

Случайные примеси Ni, Cr, Cu и др. – попадают из легированного металлического лома.