Сплавы черных металлов: Черные металлы – железо и его сплавы

alexxlab | 20.04.1970 | 0 | Разное

Содержание

Черные металлы – железо и его сплавы

Черные металлы – железо и его сплавы, которые отличаются от остальных металлов, называемых цветными. К черным металлам относятся чугуны и стали, представляющие собой сплавы железа с углеродом, в состав которых входят еще и кремний, марганец, сера и другие элементы.

Чугун – железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода превышает 2%. В состав его также входят кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун выплавляется в доменных печах из железных руд. Исходными материалами для его получения, кроме руды, служат топливо и флюсы.

Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2%. По сравнению с чугуном сталь обладает значительно более высокими физико-механическими свойствами. Она отличается высокой прочностью, хорошо обрабатывается резанием, ее можно ковать, прокатывать, закаливать. Кроме того, сталь в расплавленном состоянии жидкотекуча, из нее изготовляют различные отливки. Сталь получают из передельного чугуна его переплавкой и удалением избытка углерода, кремния, марганца и других примесей и выплавляют в мартенах, электропечах и конверторах.

Железо и его сплавы важнейшие конструкционные материалы в технике и промышленном производстве. Из сплавов железа с углеродом, называемых сталями, изготавливаются почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности. Легковые, грузовые автомобили, станки, железные дороги, корпуса и силовые установки судов – все это делается в основном из стали. Масштаб производства стали является одной из основных характеристик общего технико-экономического уровня развития государства. На долю стали приходится около 95% всей металлической продукции.

Черные металлы являются неотъемлемой частью большинства габаритных рекламных носителей. Они находят свое применение при закладке фундамента, на основе которого монтируются рекламные щиты или другие средства наружной рекламы. В этом случае обязательно используется арматура различных сечений. Используются в качестве каркаса рекламных носителей, тут может применяться металлический уголок разных профилей, балки, швеллера, трубы небольших диаметров. Так же может использоваться в виде основного (или даже единственного) материала из которого изготавливается наружная реклама.

Металл, выступая в качестве строительного материала, обладает большим количеством достоинств. Среди основных можно выделить его надежность, долговечность и легкость. Конструкции, выполненные из этого материала, имеют сравнительно небольшой вес, но при этом соединения характеризуются повышенной прочностью.

Главный недостаток металла – это его подверженность коррозии, при взаимодействии с влагой или агрессивными газами. Длительное нахождение в неблагоприятных условиях может привести к разрушению конструкции.

Вместо черных металлов так же могут использоваться более легкие и менее подверженные коррозии материалы: нержавеющая сталь, алюминий, алюминиевые композитные панели.

Черные металлы и сплавы.

Черные металлы и сплавы




К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (сталь и чугун).

Железо – один из наиболее распространенных металлов в земной коре, однако, его начали применять позднее некоторых других металлов, например золота, меди, олова, свинца, цинка. Это можно объяснить тем, что руды железа мало похожи на металл, а в самородном состоянии этот металл почти не встречается.
Первобытному человеку было трудно догадаться, что из железной руды можно получить металл, пригодный для изготовления нужных ему вещей, тогда как самородки меди, олова и драгоценных металлов, хоть редко, но попадали в его поле зрения. Конечно же, необычные свойства этих материалов не могли остаться незамеченными даже первобытными людьми.

По этой причине прошло очень много времени, пока человек научился извлекать железо из руд и делать из него чугун и сталь и использовать эти металлы для своих нужд. В современном мире железные руды относятся к тем полезным ископаемым, без которых не может обходиться ни одна сколько-нибудь развитая в промышленном отношении страна. Именно железные руды служат сырьем для черной металлургии.

Из железных руд выплавляются чугуны (содержание углерода - 2,5…4 %), сталистые чугуны (1,5…2,5 % углерода), сталь (1,5…0,4 % углерода) и чистое железо (содержит менее 0,4 % углерода).
Наиболее широко применяется в промышленности сталь, значительно меньше - чугун и чистое железо.
Чугун выплавляется из железных руд в домнах, работающих на коксе или каменном угле; сталь и железо переплавляются из чугуна в бессемеровских конверторах, в отражательных мартеновских печах или другими способами.

Значение черных металлов и их сплавов в жизни человеческого общества исключительно велико. Сотни миллионов тонн чугуна и стали используются для строительства железных дорог, мостов, железобетонных зданий, для производства различных машин, электровозов, вагонов, автомобилей, тракторов, кораблей. Из железа изготовляются всевозможные предметы широкого потребления. Нет такой отрасли промышленности и сельского хозяйства, где не применялись бы железо и его сплавы.

В природе встречаются сотни минералов, в состав которых входит железо, но лишь немногие из них являются железной рудой. Это магнетит, гематит, бурый железняк и некоторые другие, которые образуют крупные месторождения, занимающие площади в десятки и сотни квадратных километров.

Магнитный железняк, или магнетит, в химическом отношении представляет соединение окиси железа с закисью железа. В природе он встречается и в форме хорошо образованных кристаллов, и особенно часто в виде сплошных или зернистых масс. Цвет магнетита железо-черный. Замечательное свойство этого минерала - магнитность.

По содержанию металлического железа магнетит - наиболее богатая железная руда (в ней содержится до 72% железа).
Крупные месторождения магнетитовых руд в нашей стране известны на Урале (горы Магнитная, Высокая, Благодать), на Кольском полуострове, в ряде районов Сибири (Горная Шория, в бассейне реки Ангары и др.).

За последние годы в Казахстане были открыты и разведаны крупные месторождения богатых магнетитовых руд в Кустанайской области: Соколовско-Сарбайское, Качканарское и многие другие.

Гематит, или красный железняк, имеет большее значение для черной металлургии, чем магнетит. В химическом отношении гематит - окись железа. В природе он образует ряд разновидностей (кристаллические, чешуйчатые и плотные скрытокристаллические массы). Окраска гематита может варьировать от вишнево-красной до железо-черной с сильным металлическим блеском.
Гематитовые руды образуют огромные залежи особенно среди древнейших гнейсов и метаморфических сланцев.

Из общей добычи железной руды в России около 70% приходится на гематитовые руды. Крупнейшее месторождение этих руд в нашей стране - Криворожское, огромные запасы гематита таятся и в районе Курской магнитной аномалии. Здесь уже начата промышленная разработка железных руд. В Центральном Казахстане разведано и подготовлено к эксплуатации крупное Караджальское месторождение богатых гематитовых руд, на базе которого построен Карагандинский металлургический завод.

Важный источник получения железа - это так называемые бурые железняки, или лимониты, получившие такое название по характерной бурой окраске. В химическом отношении они представляют собой соединение окиси железа с водой.
Бурые железняки образуют сплошные плотные, ноздреватые и землистые массы, различные натечные формы в виде почек и гроздьев, а также массы горохообразного сложения. Эти руды образуются из соединений железа, которые извлекают поверхностные воды из разрушающихся горных пород. Бурые железняки считаются промышленной рудой, если они содержат не менее 30% железа. К числу наиболее крупных месторождений бурых железняков в России относятся: Керченское в Крыму, Байкальское и Орско-Халиловское на Урале.



Ценной особенностью бурых железняков некоторых российских месторождений является присутствие в них примесей ванадия, марганца, хрома, никеля, кобальта и других металлов.
Современная техника нуждается не только в обычном чугуне, железе и стали, но и в металле, который обладает повышенной вязкостью, хорошей ковкостью, большой упругостью и другими ценными свойствами. Все эти свойства приобретает сталь, если в ее состав в качестве примеси ввести марганец, хром, титан, ванадий и некоторые другие металлы.

К группе черных металлов наряду с железом относят марганец и хром, так как они большей частью используются в черной металлургии.
Марганцевые руды представляют собой соединения марганца с кислородом. В природе они встречаются в виде черных землистых масс. Важнейшие минералы марганца - пиролюзит, браунит, псиломелан, манганит.
Содержание марганца в промышленных рудах колеблется в пределах 15…40%.

Кроме черной металлургии, марганцевые руды применяются в химической промышленности, для изготовления сухих батарей, в керамическом и стекольном производствах.
Наиболее крупные месторождения марганцевых руд в России и странах ближнего зарубежья разрабатываются в Грузии (Чиатура), на Украине (Никополь), на Урале и в Казахстане.

Единственная используемая в промышленных масштабах руда металла хрома - хромистый железняк, или хромит, - по внешнему виду похожа на магнетит, но, в отличие от него, не обладает магнитными свойствами. Хром применяется в металлургической и химической промышленности. Хромит идет на изготовление огнеупорных материалов. В нашей стране много высококачественных хромовых руд на Северном и Южном Урале.

В черной металлургии используются также титаномагнетитовые руды, которые придают стали особую прочность.

***

Цветные металлы и сплавы


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Черные металлы, их свойства, особенности и то что стоит знать

Металлы разделяются на цветные и черные. Черные металлы, по сути – это железо, имеющее в себе различное количество углерода, а также отличающиеся кристаллической решетки. К черным металлам относят стали и чугуны, которые в свою очередь имеют достаточно большое количество основных классов. При производстве чугунов и сталей различных типов, используют именно черные металлы, добываемые из металлических руд. В экономике металлов черные металлы составляют более 90%, а это указывает на их широкое распространение. От процентного содержания углерода зависит, какие свойства приобретет материал — чугунов или сталей. Для повышения качества

черного металла, используются легирующие добавки (другие металлы и сплавы, а также химические элементы), которые улучшают свойства сплавов и придают им нужный оттенок характеристик в зависимости от его применения. Распространенными легирующими добавками являются:

  • медь;
  • кремний;
  • хром;
  • никель.

Классификация черных металлов

В большинстве случаев, классификация черных металлов построена на основании разделения элементов по их химическому составу и свойствам. Содержание легирующих элементов определяет железо и его сплав. В свою очередь, определенное процентное содержание углерода в сплаве указывает что это — чугун или сталь. Так чугуны содержат более 1,7% углерода, а стали от 0,2 до 1,7% углерода. Классификация черных металлов подразумевает разделение на следующие классы:

  • железные металлы;
  • тугоплавкие;
  • урановые;
  • щелочноземельные;
  • редкоземельные.

Также классификация черных металлов

подразумевает отделение сталей легированных и нелегированных, которые еще называют углеродистыми. К углеродистым сталям относятся стали, в которых углерод является основным компонентом, при этом примеси на свойства металла не оказывают особого значения. Легированные имеют в наличие один или несколько легируемых элементов, которые оказывают огромное влияние на свойства стали. /Легированные стали очень широко применяется для изготовления ответственных деталей, несущих большую нагрузку, испытывающих разный температурный режим, сильное фрикционное воздействие. Применение такой стали распространенно в машиностроении, тракторостроении, тяжелой промышленности и в других областях.

Виды черных металлов

Виды черных металлов из стали имеют большое применение. Однако все виды стали по себе разные и имеют свое предназначение, и область применения. Также различные виды черных металлов, в частности стали, пройдя термообработку, приобретают отличительные свойства. Многие сплавы хорошо поддаются прокатке, прессованию, успешно льются. Другие достаточно мягкие и их можно обработать вручную. Такие

виды черных металлов как нержавеющая сталь, обладая нужными легирующими элементами, имеют очень высокую стойкость к коррозии, большую твердость и прочность. Данный вид стали успешно применяют в пищевой промышленности, медицине, для изготовления бытовых предметов, для производства турбин и др. Еще одним видом черного металла является чугун. Чугун – это сплав железа с углеродом и его содержание больше чем в стали. Так как чугун имеет хорошие литейные свойства, то его в основном используют для литых деталей. Чугун подразделяется на виды:

Литейный чугун используют для литья, этому хорошо способствует пластинчатый графит. Ковкий — обладает замечательной пластичностью, хорошо поддается ковке, откуда и взято название. Отдельные виды черного металла, к примеру, чугун шаровидным графитом, благодаря своей структуре шаровидного состояния, применяют в изготовлении деталей, имеющие очень высокое качество.

Металлургия сплавов черных и цветных металлов

Металлургия сплавов


В современном машиностроении, станкостроении и в других отраслях промышленности редко используют чистые металлы. Прежде всего, это обусловлено необходимостью придания металлическому изделию особых свойств, отвечающих технологическим требованиям. Поэтому, по большей части, применяют заготовки, выполненные из сплавов черных и цветных металлов.

Металлургия черных и цветных сплавов

Металл, произведенный путем слияния и затвердевания нескольких расплавленных компонентов, называется сплавом. Его составными частями являются материалы, обладающие индивидуальными химическими и физическими характеристиками, а также их соединения. Получаемые сплавы могут быть однородными (метал с металлом) и неоднородными (метал с неметаллом). Так, соединение железа с углеродом и другими элементами дает чугун.

Металлургия сплавов делится на черную и цветную индустрию. Первая охватывает изготовление сплавов на основе железа, в результате чего получается сталь, чугун и ферросплавы. Ко второй категории относятся все остальные соединения, не имеющие в составе железа. Наибольшее распространение получили сплавы цветных металлов на основе меди, алюминия, титана, цинка.

Своевременное и качественное производство металлических сплавов невозможно без использования высокотехнологичного оборудования и материалов. На нашем сайте посетитель может найти наиболее передовые системы оснащения литейного производства.

Материалы и оборудование для металлургии сплавов.

В каталоге представлена продукция, как собственного производства, так и наших деловых партнеров из России и зарубежных стран. Раздел металлургии сплавов содержит следующие категории:

- НАУГЛЕРОЖИВАТЕЛЬ. Быстрорастворимые углеродные добавки имеют высокую степень усвояемости углерода. Применяются при производстве серого и высокопрочного чугуна для обеспечения высокого качества материала.

- ФУТЕРОВКА. Огнеупорные материалы для обслуживания различных печей, желобов и другого оборудования литейного производства.

- ФИЛЬТРЫ И ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА. Оборудование предназначено для улавливания примесей и очистки отлива от посторонних включений.

- СМАЗКА ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ. Используется для защиты поверхности пресс-формы от налипания металла и улучшения съема отлива. Данные технологические смазки отличаются экологической и санитарно-гигиенической безопасностью.

- ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЖЕЛОБОВ. Применяется в качестве технологической защиты металлических тиглей и керамических желобов при производстве алюминиевых сплавов.

Представленная в каталоге продукция сертифицирована и соответствует всем нормам ГОСТ. Узнать более подробно технические характеристики материалов можно, оставив заявку на сайте нашей компании.

Особенности защиты чёрных и цветных металлов

Отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных
металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить
на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний).

С каждым днем применение цветных металлов становится все более распространенным. К
цветным относят все металлы и сплавы, которые не содержат железа в своем составе. Такое
название металлы получили благодаря цвету некоторых представителей этой группы. Например, медь
имеет красный оттенок.

Цветные металлы (медь, алюминий, цинк, олово, свинец, никель, хром, серебро и т.п.) имеют свойство
образовывать на поверхности оксидную пленку, которая предотвращает дальнейшее разрушение металла.
В промышленности такие металлы подвергают различным видам механической обработки. Процессы,
производимые над цветным металлом, включают ковку, штамповку, прессование, прокатку, сварку, пайку.

Самое главное отличие цветных металлов от чёрных –это то, что они не ржавеют и значительно более
долгое время сохраняют свои свойства. Однако это совсем не значит, что на них никак не влияют
агрессивные внешние факторы. Так, оцинкованные поверхности со временем приобретают
белесый, меловатый оттенок. Это происходит под влиянием кислорода и влаги. Как и в случае черных
металлов, эти факторы окисляют металл на поверхности. Тем не менее, цветные металлы хороши тем,
что влага и кислород действуют только на поверхность металла и не могут проникнуть внутрь.

 

Однако, цветные металлы тоже нуждаются в защите и окраске. Но окраска металла – дело не простое.
Большинство красок имеют низкую (недостаточную) адгезию к цветным металлам, обусловленную
образованием оксидной пленки на поверхности. Если в каком-то месте плёнка краски начинает частично
Отслаиваться и туда попадает вода и кислород, то в скором времени покрытие начинает деформироваться и
отлавиваться всё больше и больше.
Для этого необходимо создать прочное межслойное покрытие Special Metals Primer, которое усилит
сцепление между поверхностью и финишным покрытием.

Плотность металлов

Фторопласты.
Ф-4 ГОСТ 10007-80 Е 2100
Фторопласт - 1 ГОСТ 13744-87 1400
Фторопласт - 2 ГОСТ 13744-87 1700
Фторопласт - 3 ГОСТ 13744-87 2710
Фторопласт - 4Д ГОСТ 14906-77 2150
Термопласты
Дакрил-2М ТУ 2216-265-057 57 593-2000 1190
Полиметилметакрилат ЛПТ ТУ 6-05-952-74 1180
Полиметилметакрилат суспензионный ЛСОМ ОСТ 6-01-67-72 1190
Винипласт УВ-10 ТУ 6-01-737-72 1450
Поливинилхлоридный пластикат ГОСТ 5960-72 1400
Полиамид ПА6 блочный Б ТУ 6-05-988-87 1150
Полиамид ПА66 литьевой ОСТ 6-06-369-74 1140
Капролон В ТУ 6-05-988 1150
Капролон ТУ 6-06-309-70 1130
Поликарбонат 1200
Полипропилен ГОСТ 26996-86 900
Полиэтилен СД 960
Лавсан литьевой ТУ 6-05-830-76 1320
Лавсан ЛС-1 ТУ 6-05-830-76 1530
Стиролпласт АБС 0809Т ТУ 2214-019-002 03521-96 1050
Полистирол блочный ГОСТ 20282-86 1050
Сополимер стирола МСН ГОСТ 12271-76 1060
Полистирол ударопрочный УПС-0505 ГОСТ 28250-89 1060
Стеклопластик ВПС-8 1900
Стеклотекстолит конструкционный КАСТ-В ГОСТ 10292-74 1850
Винилискожа-НТ ГОСТ 10438-78 1440
Резина 6Ж ТУ 38-005-1166-98 1050
Резина ВР-10 ТР 18-962 1800
Стекло листовое ГОСТ 111-2001 2500
Стекло органическое техническое ТОСН ГОСТ 17622-72 1180

15. Свойства черных и цветных металлов

15. Свойства черных и цветных металлов

Технология обработки металлов. Элементы машиноведения

15. Свойства черных и цветных металлов

Приступая к изготовлению какого-либо изделия, вы должны правильно выбрать наиболее подходящий для него материал. Как вы знаете, металлы в технике применяют не в чистом виде, а в виде сплавов. Сплавы получают путем смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определенном соотношении. Правильный выбор подходящего для вашего изделия металла или сплава можно сделать, зная его свойства.

Каждый металл и сплав обладает определенными механическими и технологическими свойствами.

К механическим свойствам относят прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит они обладают достаточной прочностью.

Твердость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого материала. Например, если на стальную и медную пластины нанести лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.

Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после устранения внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре ее поместить небольшой груз, то она прогнется на некоторую величину, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это показывает, что материал линейки обладает упругостью.

Вязкость — свойство тел поглощать энергию при ударе.

Пластичность — способность изменять форму под дей­ствием внешних сил не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.

Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство основано на использовании механического свойства — пластичности.

Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму и получать плотные отливки.

Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава подвергаться обработке резанием различными инструментами.

Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.

Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии.

Все металлы и сплавы подразделяют на черные и цветные. К черным относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы — цветные.

Часто сплавы обладают лучшими свойствами, чем их составные части. Например, чистое железо имеет очень низкую прочность, а сплавы железа с углеродом — гораздо более высокую. Если углерода в сплаве меньше 2%, то такой сплав называется сталью. Если углерода от 2 до 4%, то это — чугун.

Сталь не только прочный, но и пластичный материал, хорошо поддающийся механической обработке. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций, а добавляя в сталь хром, вольфрам и другие металлы, получают очень твердые инструментальные стали, из которых изготавливают режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун обладает очень хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают качественные и сложные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

Из цветных сплавов наибольшее распространение в технике получили латунь, бронза, дюралюминий.

Латунь — сплав меди с цинком желтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твердостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности и в электротехнике.

Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, желто-красного цвета. Имеет высокую прочность, твердость, хорошо обрабатывается резанием и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колес, для отливки художественных изделий (скульптур, украшений и других элементов), в электротехнике.

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо обрабатывается, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

Практическая работа

Ознакомление со свойствами металлов и сплавов

1. Рассмотрите образцы металлов и сплавов, определите их цвет.

2. Положите справа от себя образцы из черных металлов и сплавов, а слева — из цветных. Определите вид металлов, из которых сделаны образцы.

3. Растяните и отпустите пружины из стальной и медной проволоки. Сделайте вывод об упругости стали и меди.

4.  Положите на плиту для рубки металла образцы из стальной и алюминиевой проволоки и попытайтесь расплющить их молотком. Сделайте вывод о ковкости стали и алюминия.

5. Закрепите в тисках стальной и латунный образцы и проведите по ним напильником. Сделайте вывод об обрабатываемости стали и латуни.

 

Новые термины: Черные и цветные металлы, механические свойства (прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность), технологические свойства (ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость, свариваемость), конструкционная и инструментальная сталь, чугун, бронза, дюралюминий.

 

Вопросы и задания.

1. Что такое сплав?

2. Назовите механические свойства металлов и сплавов.

3. Назовите технологические свойства металлов и сплавов.

4. Для чего нужно знать свойства металлов и сплавов?

5. Какие сплавы относятся к черным?

6.  Чем отличается сталь от чугуна?

7. Чем отличается латунь от бронзы?

8. Почему металлы нужно экономно расходовать?

Сайт управляется системой uCoz

Что такое железные сплавы? | MetalTek

Черные сплавы или металлы - это металлы, состоящие в основном из железа (Fe). Сталь - это сплав на основе железа, обычно содержащий менее 1% углерода, а железо часто содержит 2% или более углерода. Чугун и сталь широко доступны, прочные, дешевые и им можно придать форму путем литья. Свойства черных сплавов можно улучшить термической обработкой, а в случае сталей - обработкой (например, прокаткой или ковкой). Нержавеющие стали были разработаны для противодействия коррозии и обычно содержат 12% или более хрома и могут содержать никель в любом количестве, вплоть до содержания хрома или даже превышающем его, в зависимости от желаемых механических свойств и области применения.

Существует несколько видов нержавеющей стали. При рассмотрении этих сплавов для использования в агрессивной среде наиболее широко используемый метод первоначального выбора - это сравнение оценок PREn (эквивалентное число сопротивления питтингу) для материалов. Это рассчитывается с использованием процентного содержания основных легирующих элементов, присутствующих в любой конкретной марке нержавеющей стали. Формула:

PREn =% Cr + (3,3 x% Mo) + (16 x% N)

Очевидно, что сплавы, содержащие наибольшее количество хрома, молибдена и азота, считаются более стойкими к точечной коррозии.Это может сопровождаться соответствующим увеличением предела прочности на разрыв и предела текучести.

Ферритные нержавеющие стали

Нержавеющие стали своей способностью противостоять коррозии обязаны прежде всего наличию пассивной пленки на их поверхности. Хром в основном отвечает за формирование этой пассивной пленки. Железо перестает ржаветь примерно при 12% содержании хрома. Стойкость к окислительным коррозионным веществам быстро увеличивается при содержании хрома примерно до 20%. Однако за пределами этого уровня сопротивление возрастает более плавно и снижается.Следовательно, очень немногие нержавеющие сплавы содержат более 27% хрома. Эти сплавы состоят в основном из хрома и железа с низким содержанием углерода. Сплавы часто классифицируют по их кристаллической структуре, на которую влияют химические процессы и обработка, включая термическую обработку. Ферритные нержавеющие стали имеют кристаллическую структуру, состоящую в основном из феррита.

Мартенситные нержавеющие стали

Добавление достаточного количества углерода к сплавам хрома и железа приводит к сплавам, которые можно упрочнять и отпускать.Коррозионная стойкость несколько снижается из-за содержания углерода, но это снижение сводится к минимуму, когда эти сплавы полностью закалены и отпущены. Следовательно, сплавы с более высоким содержанием углерода (более 0,15% C) обычно используются только в полностью закаленном и отпущенном состоянии. Их структура при быстром охлаждении от температур выше 1600 ° F / 870 ° C в основном мартенситная.

Распространенные марки мартенсита: MTEK 410, MTEK 416, MTEK 420, MTEK 431 и MTEK 440.

Аустенитная нержавеющая сталь

Из всех элементов, добавляемых к основному сплаву хрома и железа, никель является наиболее важным.Это не только улучшает коррозионную стойкость, но также изменяет структуру и механические свойства сплава. Поскольку никель добавляется в увеличивающихся количествах к ферритному сплаву железо / хром, структура сплава изменяется от феррита через смешанный феррит и аустенит до практически всего аустенита. Большинство «18-8 классов» (обычное описание нержавеющей стали 304, состоящей примерно из 18% хрома и 8% никеля) сделаны с контролируемым количеством феррита для улучшения сварочных характеристик и большей прочности.Изменение структуры сопровождается заметным увеличением пластичности и вязкости. Нержавеющие сплавы, преимущественно аустенитные по структуре, составляют семейство нержавеющих сталей, которые на сегодняшний день являются наиболее широко используемыми из всех типов.

Супер аустенитная нержавеющая сталь

В определенных агрессивных условиях аустенитная нержавеющая сталь общего сорта более восприимчива к точечной коррозии, щелевой коррозии и растрескиванию под напряжением. Это привело к развитию и пополнению семейства аустенитных сталей, называемых супераустенитной нержавеющей сталью.

Использование супер-аустенита быстро растет в связи с изменением условий в современных обрабатывающих отраслях промышленности. Подход «установил и забыл» применяется для использования сплавов, которые не требуют постоянной регулярной замены в таких условиях, как глубоководная вода и высокотемпературные технологические установки с замкнутым циклом.

Супераустенитные нержавеющие стали содержат большое количество хрома и никеля вместе со значительными добавками молибдена и азота. Результат - серия аустенитов.Они на 30% прочнее обычных нержавеющих сталей серии 300 и обладают превосходной стойкостью к точечной коррозии, щелевой коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Аустенитная нержавеющая сталь считается супераустенитной, если ее PREn превышает 40.

Распространенные супераустенитные марки включают: MTEK 20, MTEK 20M, MTEK 6XN и 254SMO®.

Дуплексная нержавеющая сталь

Дуплексные нержавеющие стали - это сплавы, структура которых обычно считается примерно равными частями аустенита и феррита, с распределением фаз 60/40, 40/60, которое считается приемлемым.

Комбинация аустенита и феррита позволяет получать сплавы, в два раза превышающие прочность обычных аустенитных нержавеющих сталей.

Дуплексные нержавеющие стали практически не подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением (ахиллесова пята обычных аустенитных нержавеющих сталей) и обладают высокой устойчивостью к точечной и щелевой коррозии. Обладая этими характеристиками, неудивительно, что большинство (но далеко не все) приложений связаны с морской водой. Дуплексные нержавеющие стали находят множество применений в морской добыче нефти и газа и в военно-морском оборудовании, особенно в подземных работах.

Распространенные дуплексные марки: MTEK 2205, MTEK 29MN / CD4MCuN, Ferralium® 255, Zeron® 100

Дисперсионная закалка (старение) Нержавеющая сталь

Потребность в нержавеющих сталях, которые сочетают в себе превосходную коррозионную стойкость аустенитных типов с возможностью упрочнения термической обработкой, привела к разработке семейства нержавеющих сталей, известных как типы PH. Они могут быть упрочнены атмосферными осадками (старением) при низких температурах (900 ° F / 480 ° C), что сводит к минимуму деформацию.

Распространенные марки: MTEK 17-4PH®, MTEK 15-5PH®, MTEK и 14-4PH®.

Есть вопросы? Свяжитесь с экспертами по металлам прямо сейчас.

Разница между черными и цветными металлами | Металлические супермаркеты

В чем разница между черными и цветными металлами?

Ответ прост: черные металлы содержат железо, а цветные - нет. Более подробный ответ заключается в том, что у черных и цветных металлов есть свои отличительные свойства.Эти свойства определяют приложения, для которых они наиболее подходят.

Цветные металлы использовались с начала цивилизации. Открытие меди в 5000 году до нашей эры ознаменовало конец каменного века и начало медного века. Позднее изобретение бронзы, сплава меди и олова, положило начало бронзовому веку.

Использование черных металлов началось примерно в 1200 году до нашей эры, когда производство железа стало обычным явлением. Это положило начало железному веку.

Какие металлы являются черными?

Некоторые распространенные черные металлы включают легированную сталь, углеродистую сталь, чугун и кованое железо.Эти металлы ценятся за их прочность на разрыв и долговечность. Углеродистая сталь, также известная как конструкционная сталь, является основным продуктом строительной индустрии и используется в самых высоких небоскребах и самых длинных мостах. Черные металлы также используются в морских контейнерах, промышленных трубопроводах, автомобилях, железнодорожных путях и многих коммерческих и бытовых инструментах.

Черные металлы имеют высокое содержание углерода, что обычно делает их уязвимыми для ржавчины при воздействии влаги. Из этого правила есть два исключения: кованое железо устойчиво к ржавчине благодаря своей чистоте, а нержавеющая сталь защищена от ржавчины присутствием хрома.

Большинство черных металлов обладают магнитными свойствами, что делает их очень полезными в двигателях и электротехнике. Использование черных металлов в дверце холодильника позволяет прикрепить к ней список покупок с помощью магнита.

Сталь

Сталь производится путем добавления железа к углероду, который укрепляет железо. Легированная сталь становится еще жестче по мере введения других элементов, таких как хром и никель. Сталь получают путем нагрева и плавки железной руды в печах. Стальную банку выпускают из печей и разливают в формы для формования стальных стержней.Сталь широко используется в строительстве и обрабатывающей промышленности.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь

имеет более высокое содержание углерода по сравнению с другими типами стали, что делает ее исключительно твердой. Он обычно используется при производстве станков, сверл, лезвий, метчиков и пружин. Он может держать острую режущую кромку.

Легированная сталь

Легированные стали

содержат такие элементы, как хром, никель и титан, для придания большей прочности и долговечности без увеличения веса.Нержавеющая сталь - важная легированная сталь, изготовленная с использованием хрома. Легированные стали используются в строительстве, станках и электрических компонентах.

Чугун

Чугун - это сплав железа, углерода и кремния. Чугун хрупкий, твердый и износостойкий. Он используется в водопроводных трубах, станках, автомобильных двигателях и печах.

Кованое железо

Кованое железо - это сплав с таким низким содержанием углерода, что это почти чистое железо. В процессе производства добавляется немного шлака, который придает кованому железу отличную стойкость к коррозии и окислению, однако имеет низкую твердость и усталостную прочность.Кованое железо используется для изготовления ограждений и перил, сельскохозяйственных орудий, гвоздей, колючей проволоки, цепей и различных украшений.

Какие металлы цветные?

Цветные металлы включают алюминий, медь, свинец, цинк и олово, а также драгоценные металлы, такие как золото и серебро. Их главное преимущество перед черными металлами - пластичность. Они также не содержат железа, что придает им более высокую устойчивость к ржавчине и коррозии и делает их идеальными для водостоков, жидкостных труб, кровли и наружных вывесок.Наконец, они немагнитны, что важно для многих электронных и электромонтажных приложений.

Алюминий

Алюминий легкий, мягкий и малопрочный. Алюминий легко лить, ковать, обрабатывать и сваривать. Он не подходит для высокотемпературных сред. Поскольку алюминий легкий, он является хорошим выбором для изготовления самолетов и пищевых банок. Алюминий также используется в отливках, поршнях, железных дорогах, автомобилях и кухонной утвари.

Медь

Медь красного цвета, очень пластичная, пластичная и обладает высокой проводимостью для электричества и тепла.Медь в основном используется в электротехнической промышленности в виде проволоки и других проводников. Он также используется в кровельных покрытиях, гильзах для гильз, статутах и ​​подшипниках. Медь также используется для изготовления латуни, сплава меди и цинка.

Свинец

Свинец - мягкий, тяжелый, ковкий металл с низкой температурой плавления и низким пределом прочности. Он может противостоять коррозии от влаги и многих кислот. Свинец широко используется в электрических кабелях, батареях, строительстве и пайке.

Цинк

Цинк - это металл средней и низкой прочности с очень низкой температурой плавления. Его можно легко обработать, но может потребоваться нагрев, чтобы избежать раскола кристаллов. Цинк наиболее широко используется в гальванике, процессе нанесения защитного цинкового покрытия на железо или сталь для предотвращения ржавчины.

Олово

Олово очень мягкое и податливое, пластичное с низким пределом прочности. Его часто используют для покрытия стали, чтобы предотвратить коррозию. Белая жесть из стали используется для изготовления жестяных банок для еды.В конце 19 века оловянная фольга обычно использовалась для упаковки пищевых продуктов, но с тех пор ее заменила алюминиевая фольга. Олово также можно легировать медью для получения оловянной латуни и бронзы.

Нет времени читать блог?

Вы можете посмотреть наше видео ниже, чтобы узнать разницу между черными и цветными металлами:

Metal Supermarkets - крупнейший в мире поставщик мелкосерийного металла с более чем 85 обычными магазинами в США, Канаде и Великобритании.Мы эксперты по металлу и обеспечиваем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В Metal Supermarkets мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных областей применения. В нашем ассортименте: нержавеющая сталь, легированная сталь, оцинкованная сталь, инструментальная сталь, алюминий, латунь, бронза и медь.

Наша горячекатаная и холоднокатаная сталь доступна в широком диапазоне форм, включая пруток, трубы, листы и пластины. Мы можем разрезать металл в точном соответствии с вашими требованиями.

Посетите одно из наших 80+ офисов в Северной Америке сегодня.

Ферросплавы - обзор

2.1 Морфология и кристаллографические особенности мартенсита в черных сплавах

В ферросплавных сплавах фаза FCC аустенита (γ) превращается в три вида мартенситов с различной кристаллической структурой, в зависимости от легирующих элементов и составов, т. е. (1) мартенсит γ → α '(BCC или BCT), (2) мартенсит γ → ε (HCP) и (3) мартенсит γ → FCT. Мартенсит типа α 'является наиболее распространенным в мартенситах черных металлов и образуется, например, в сплавах Fe-C и Fe-Ni.Ε-мартенсит образуется только в железных сплавах с низкой энергией дефекта упаковки аустенита, таких как сплавы Fe-Cr-Ni и Fe с высоким содержанием Mn. Наконец, мартенсит FCT очень редок и обнаружен только в сплавах Fe- ~ 30ат.% Pd и Fe- ~ 25ат.% Pt (Sohmura и др. ., 1980; Oshima и др. ., 1985).

Морфология ε и мартенсита FCT представляет собой тонкую пластинку с параллельными сторонами и плоскими границами раздела. Однако в случае α 'мартенсита сообщалось о пяти различных типах морфологии, т.е.е., планка, бабочка, {225} γ -пластина, линзовидная и тонкая пластина. На рис. 2.1 (Maki, 1990) представлены оптические микрофотографии α ′ мартенсита различной морфологии (a) - (e) и ε-мартенсита (f). Эти пять типов α ′ мартенситов имеют свою температуру образования. На рисунке 2.2 (Maki and Tamura, 1984) показан диапазон образования различных типов α 'мартенсита в зависимости от начальной температуры мартенсита (M s ) и содержания углерода в сплавах Fe-Ni-C. В случае сплавов Fe-Ni-C образуются четыре типа α 'мартенсита; только {225} γ -пластинчатый мартенсит не обнаружен.Пластинчатый мартенсит образуется при самых высоких температурах, а тонкий пластинчатый мартенсит - при самых низких температурах. Температура перехода морфологии мартенсита от линзовидной к тонкой пластине увеличивается с увеличением содержания углерода. Для бинарных сплавов Fe-Ni тонкий пластинчатый мартенсит не образуется даже при 77 К. Эти α ′ мартенситы можно различить не только морфологически, но и кристаллографически. Таким образом, таблица 2.1 (Maki, 1990) суммирует субструктуры, габитусные плоскости (HP) и ориентационные отношения (OR) для пяти типов α 'мартенсита.При понижении температуры M s субструктура α ′ мартенсита изменяется с дислокационной (реечный мартенсит) на двойниковую (тонкопластинчатый мартенсит), а габитусная плоскость изменяется с {111} γ на {225} γ и {3 15 10} γ . Кроме того, соотношение ориентации меняется с K-S (Курджумов – Сакс) на N-W (Нишияма – Вассерман) и G-T (Гренингер – Трояно). Ременный мартенсит почти удовлетворяет соотношению K-S по отношению к аустениту, а его габитус близок к {111} γ или {557} γ .Между тем, плоскость габитуса тонкого пластинчатого мартенсита близка к {3 15 10} γ , а соотношение ориентации приближается к соотношению G-T. Эти кристаллографические особенности тонких пластинчатых мартенситов (Greninger, Troiano, 1949; Miyamoto et al ., 2009) хорошо объясняются феноменологической теорией кристаллографии мартенсита (Wechsler et al ., 1953; Bowles and Mackenzie, 1954) и подробно описаны в главе 1 этого тома. Субструктура и кристаллография линзовидного мартенсита, который образуется в промежуточном температурном диапазоне между реечкой и тонкой пластиной, довольно сложны по сравнению с реечным и тонкопластинчатым мартенситом, как показано ниже.

2.1. Оптические микрофотографии различных типов мартенситов в железных сплавах: (а) рейка α ′ (Fe-7% Ni-0,22% C), (б) бабочка α ′ (Fe-20% Ni-0,73% C) , (в) (225) γ -пластинчатый тип α ′ (Fe-8% Cr-0,9% C), (г) линзовидный α ′ (Fe-29% Ni-0,26% C) , (д) ​​тонкая пластина α ′ (Fe-31% Ni-0,23% C), (е) ε мартенсит (Fe-24% Mn) (Маки, 1990).

2.2. Диапазон образования различных типов α 'мартенсита (планка, бабочка, линзовидная и тонкая пластина) в зависимости от температуры образования (M s ) и содержания углерода в сплавах Fe-Ni-C (Maki and Tamura, 1984).

Таблица 2.1. Морфология, субструктура, габитусная плоскость и ориентационная взаимосвязь пяти типов α 'мартенситов в железных сплавах

Морфология Субструктура Рабочая плоскость Ориентационная взаимосвязь M s Сплав
1 Рейка Вывихи (111) A или
(557) A
K – S High
Fe-Ni- (C) Cr233 Fe-Ni - (C)
Fe-7Cr-1C
Fe-5Mn-1C
Fe-3Mn-3Cr-1C
2 Butterfly Вывихи + двойники (225) A K
3 (225) заводская табличка Вывихи + двойники (225) A K – S
4 линзовидные ребра + двойники (259) 90 153 A или
(3 10 15) A
N – W
G – T
5 Тонкая пластина Twins (3 10 15) A G – T Низкий Fe-высокий Ni-C
Fe-7Al-2C
Fe-25at% Pt
Fe-Ni-Co-Ti

K – S OR (111) A // (011 ) M , [1¯01] A // [1¯1¯1] M

N – W OR (111) A // (011) M , [11¯0] A // [100] M

G – T OR (111) a 1 ° от (011) M , [1¯01] A 2.5 ° от [1¯1¯1] M

Источник: Maki (1990).

Факторы, определяющие морфологию и субструктуру α ′ мартенсита, остаются плохо определенными. Однако температура M s , прочность исходного аустенита и мартенсита продукта, критическое разрешенное напряжение сдвига для скольжения и двойникования в мартенсите и энергия дефекта упаковки аустенита считаются важными факторами (Davies and Magee, 1971; Краусс и Мардер, 1971; Маки и др. ., 1972; Карр и др. ., 1978).

Решетка и линзовидная форма являются двумя основными морфологиями α 'мартенсита (Reed, 1967; Marder, Krauss, 1967; Krauss, Marder, 1971). Пластинчатый мартенсит образуется в сплавах Fe-C (<0,6% C), Fe-Ni (<28% Ni) и Fe-Mn (<10% Mn), а также в большинстве термически обрабатываемых промышленных сталей и имеет огромное промышленное значение. потому что это основная конструкция из высокопрочных сталей. Линзовидный мартенсит появляется в сплавах с высоким содержанием Fe (0,8–1,8% C) и Fe с высоким содержанием Ni (29–33% Ni). Остальные три α ′ мартенсита не распространены в сплавах черных металлов.Мартенсит бабочки образуется в сплавах Fe-Ni, Fe-Ni-Cr (Maki et al ., 1972; Umemoto et al ., 1984). Мартенсит пластинчатого типа {225} γ образуется в сплавах Fe-Cr-C с низкой энергией дефекта упаковки исходного аустенита (Shimizu et al ., 1970).

ε-мартенсит образуется в Fe-Mn (15–27% Mn) (Schumann, 1967) и аустенитных нержавеющих сталях, таких как сплав Fe-18% Cr-8% Ni. Этот мартенсит содержит высокую плотность дефектов упаковки.Среди различных мартенситов в ферросплавах тонкие пластины α 'мартенсита и ε мартенсита могут проявлять эффект памяти формы, который обсуждается в главе 4 этого тома.

Ферросплавы - обзор

2.4.4.1.1 Микроструктура и фазовый состав

Газовое азотирование железных сплавов может проводиться как одностадийный, так и двухстадийный процесс. Одностадийный процесс обычно выполняется в диапазоне температур 495–525 ° C и степени диссоциации аммиака 15–35%.Высокий потенциал азотирования способствует образованию поверхностных нитридов, а азотированная микроструктура состоит из слоя соединения на поверхности зоны диффузии азота. Слой соединения также называют «белым слоем», потому что он остается нетравленным в растворе нитала (3% азотная кислота + остальное этанол). 68 В двухстадийном процессе, также известном как процесс Floe, 13 за первым этапом азотирования следует второй этап в более высоком температурном диапазоне (550–565 ° C) и скорости диссоциации (75–80%). ).Основная цель процесса Floe - уменьшить толщину белого слоя, увеличить глубину диффузии азота и способствовать осаждению мелких нитридов в зоне диффузии. Большая глубина и твердость диффузионной зоны способствуют повышению усталостной прочности азотированных сплавов. 59a

Толщина белого слоя может составлять от десятков до сотен микрометров и в основном состоит из γ′ − Fe4N1 − x и ε − Fe2N1 − z, но может также содержать Fe 3 C-цементит 69 и ε− Fe2−3 (C, N) в зависимости от условий азотирования и состава подложки.В утюге белый слой состоит из слоя ε-Fe2N1-z поверх слоя γ′-Fe4N (рис. 12). Белый слой обеспечивает высокую коррозионную стойкость и улучшенную смазываемость. Тем не менее, из-за своей хрупкости и накопления остаточных напряжений белый слой склонен к растрескиванию и преждевременным выходам из строя, а также способствует сильному абразивному износу при эксплуатации. Хотя преимущества однофазного белого слоя, например жесткого ε (H = 7,1 ГПа) или γ ′ (H = 6,5 ГПа) слоя 70 спорны, образование белого слоя считается нежелательным для промышленного применения.Во многих случаях белый слой полностью удаляется шлифовкой или химической обработкой перед обслуживанием. 20 Более того, как объяснено в разделе 2.4.2.2, как γ ', так и ε-нитриды термодинамически нестабильны в условиях азотирования, и их разложение вызывает пористость в слое компаунда. Поры преимущественно образуются на границах зерен ε-фазы, а их коалесценция направляет границы зерен к свободной поверхности (Рисунок 12). Из-за пористой структуры ε-фазы измеренные значения твердости белого слоя обычно меньше, чем у диффузионной зоны под ним.

Рис. 12. Типичные микрофотографии поперечного сечения, показывающие эволюцию микроструктуры в газообразном железе, азотированном при 570 ° C в течение (i) 15 мин; зарождение нитридов ε и γ 'на поверхности, (ii) 35 мин; рост составного слоя (ε + γ ') до однородного слоя, и (iii) 8 ч; образование пористости (преимущественно по границам зерен ε). (Гальваническое покрытие Ni использовалось для защиты поверхности от повреждений во время подготовки образцов для металлографии.) 24

Типичная микроструктура слоя соединения, сформированного на поверхности (ферритного) железа, показана на рисунках 12 и 13, железо зародыши нитридов растут латерально до тех пор, пока слой соединения не покроет всю поверхность с однородной толщиной.На рисунках 14 и 15 показаны типичные азотированные микроструктуры стальных подложек, содержащих нитридообразующие легирующие элементы, такие как Al, V, Cr. Из-за сильного сродства этих элементов к азоту выделение нитридов легирующих элементов предшествует образованию нитридов железа. При укрупнении нитридов высвобождается часть растворенного азота в виде пористости или нитридов по границам зерен. Пустоты объединяются и направляются к верхней поверхности. Составной слой имеет неоднородную толщину; он развивается на поверхности и по границам зерен подложки, а затем растет к центру зерен.

Рис. 13. Оптические микрофотографии, показывающие эволюцию слоя соединения на поверхности азотированного железа. (а) После азотирования при 550 ° C в течение 5 ч непрерывный слой ε сформировался поверх слоя γ '. (б) После азотирования при 560 ° C в течение 20 ч внутри слоя ε образовались поры. (Потенциал азотирования: 2,37 атм. −0,5 , протравленный в 1 об.% Растворе нитала, содержащем 0,1 об.% HCl.) 41

Рис. 14. Типичная азотированная микроструктура Fe – 5Cr – 0,2C после азотирования при 500 ° C в течение 48 часов в атмосфере NH 3 . 69

Рис. 15. Микрофотография оптического поперечного сечения азотированного образца Fe – 4V (атомные проценты), показывающая образование γ 'на поверхности и вдоль границ зерен (потенциал азотирования: 0,8 атм. −0,5 , протравленный в 2 об.% Нитала при 580 ° C в течение 4 ч). 71

Зона диффузии (также известная как «азотированная зона» или «корпус») - это область твердого раствора азота в структуре Fe с градиентом концентрации, уменьшающимся к объему, которая может содержать осадки нитрида железа (Fe 4 N или Fe 16 N 2 в чугуне и низколегированных сталях) или выделение нитрида легирующего элемента (в сталях, содержащих Al, Cr, Mo, V и т. Д.)). 72 Твердость и глубина диффузионной зоны указывают на содержание нитридных осадков, а также твердого раствора азота и зависят от параметров азотирования (температуры, времени и т. Д.) И состава материала. 73 Нитриды легирующих элементов представляют собой субмикроскопические выделения, мелкодисперсные, с когерентными границами с матрицей. Они препятствуют механизмам пластической деформации и скольжения и вызывают остаточные упругие деформации сжатия, которые усиливают зону диффузии и снижают скорость распространения трещин. 74 В дополнение к выделениям нитрида легирующего элемента в зоне диффузии, несколько исследований обнаружили присутствие выделений цементита вдоль предшествующих границ зерен аустенита, параллельных направлению азотирования. Мридха и Джек 69 пояснили, что из-за более сильного сродства N к Cr по сравнению с C к Cr, нитриды хрома образуются в зоне диффузии за счет растворения карбидов подложки или их замены in-situ на CrN. Атомы углерода, высвободившиеся в результате этого растворения, либо диффундируют внутрь (образуя богатую карбидом зону под зоной диффузии), либо выделяются вдоль границ предшествующих аустенитных зерен в ориентациях с минимальным сжимающим напряжением (Рисунок 16).

Рис. 16. (a) Оптическое и (b) изображения сканирующей электронной микроскопии микроструктуры приповерхности (протравленной в кипяченом щелочном пикрате натрия и 2% натриевой соли, соответственно) стали с 3% Cr, азотированной при 520 ° в 30% NH 3 атмосферы в течение 48 часов, показывающее осаждение цементита по границам зерен в зоне диффузии. 69

Таким образом, внутренняя миграция атомов углерода перед фронтом азотирования формирует богатую углеродом область (богатый углеродом слой имеет ограниченное твердение и кажется черным в травильном растворе Оберхоффера), лежащий в основе диффузионной зоны, и может привести к обезуглероживанию. на поверхности (при отсутствии слоя компаунда).С термодинамической точки зрения, эта миграция имеет химическую (снижение химического потенциала) и механическую (баланс деформации в области растягивающих напряжений) движущую силу. Другие исследователи также сообщили о восходящей диффузии атомов углерода к ядру в присутствии азота. 75

Предел азотированной зоны, выявленный травлением, не соответствует какой-либо конкретной твердости, поскольку она зависит от содержания нитридообразующего сплава, температуры и времени азотирования, а также от предшествующей обработки стали отпуском.Он отмечает предел образования нитрида сплава и переход от корпуса, содержащего остаточные сжимающие напряжения, к сердечнику, содержащему уравновешивающие растягивающие напряжения.

Газовое азотирование нержавеющих сталей является относительно сложной задачей, поскольку пассивность поверхности из-за высокого содержания хрома влияет на кинетику и микроструктуру азотирования. 76 Нержавеющие стали азотируются при низких температурах (обычно ниже 440 ° C), чтобы избежать выделения нитридов хрома и снижения коррозионной стойкости.Этот процесс не формирует составной слой, но способствует образованию метастабильной «расширенной аустенита» или «S» фазы. Фаза расширенного аустенита представляет собой богатую азотом фазу глубиной 20–40 мкм с высокой твердостью (~ 1800 HV), которая не оказывает вредного воздействия на коррозию. 42a, 77 И наоборот, при низкотемпературном азотировании мартенситных и ферритных сталей возникает область «расширенного мартенсита». Этот слой может иметь форму однородного богатого азотом слоя или двойного слоя с богатым азотом внешним слоем и богатым углеродом внутренним слоем.

Микроструктура азотированных поверхностей может контролироваться рабочими параметрами обработки азотированием (время, температура, состав атмосферы, давление и т. Д.), А также составом и микроструктурой стальных подложек (стабильность микроструктуры в зависимости от температуры, пластичность, содержание углерода, сплав концентрация элементов и т. д.), как кратко обсуждается ниже.

Высококачественные сплавы черных металлов | Радхаканта Рана

Радхаканта Рана , PhD, FIMMM имеет высшее и последипломное образование в области металлургической инженерии.После исследовательской работы в Центральном научно-исследовательском институте стекла и керамики в Калькутте, после получения степени магистра технических наук в Бенгальском инженерном колледже (DU), Шибпур, Западная Бенгалия, Индия, он получил докторскую степень в 2009 году по той же дисциплине в Индийском институте. Технологии Харагпур (IIT Kharagpur), Индия, с двухлетней стипендией DAAD для докторских исследований в RWTH Ахенском университете, Германия. Д-р Рана начал свою профессиональную карьеру в начале 2008 года в группе алюминиевой металлургии тогдашнего отдела исследований и разработок Corus в Нидерландах после завершения его докторского исследования.В настоящее время он является старшим членом металлургической группы High Strength Strip Steels в научно-исследовательском подразделении Tata Steel в Эймёйдене, Нидерланды. У него есть опыт экспериментальных исследований по разработке инновационных сталей и алюминиевых сплавов, подвергаемых горячей и холодной деформации, особенно для автомобильной промышленности, с особым вниманием к пониманию их парадигмы «химия-обработка-структура-свойства». Доктор Рана также проводил свои постдокторские исследования в течение 2 лет (2013-2015) в Центре перспективной обработки стали и исследований продуктов (ASPPRC) Горной школы Колорадо, Голден, Колорадо.Он опубликовал некоторые из своих работ по дисперсионно-твердеющим сталям, сталям с низкой плотностью, высокомодульным сталям, высокопрочным сталям 3-го поколения -го поколения , упрочняемым сталям и методам исследований, таким как измерения термоэлектрической мощности и удельного сопротивления, в различных известных международных журналах и материалы конференции, а также зарегистрировал ряд патентов в области новых стальных изделий, их обработки и свойств. Доктор Рана также редактировал специальные тематические выпуски по сталям с низкой плотностью, высокомодульным и средним марганцевым сталям в JOM, Canadian Metallurgical Quarterly и Materials Science and Technology соответственно.Ранее он опубликовал еще одну книгу по автомобильной стали в качестве ведущего редактора Elsevier с отпечатком Woodhead. Доктор Рана является редактором журнала «Наука о материалах и технологиях» (журнал IOM3), членом редакционного совета журнала «Научные отчеты» (журнал «Природа») и основным читателем журнала «Металлургия и материалы» A (журнал TMS). Он является членом двух профессиональных организаций - Общества минералов, металлов и материалов (TMS) и Института материалов, минералов и горного дела (IOM3).В личном плане он женат, и у пары есть 9-летний сын.

Черные и цветные металлы - в чем разница?

«В чем разница между черными и цветными металлами?»

Ответ прост: черные металлы содержат железо, а цветные - нет. Это означает, что у каждого типа черных и цветных металлов разные качества и разные области применения.

Черные металлы
Черные металлы содержат железо и известны своей прочностью.Подумайте о стали, нержавеющей стали, углеродистой стали, чугуне. Черные металлы используются как в архитектурном, так и в промышленном производстве, например, в небоскребах, мостах, транспортных средствах и железных дорогах. Благодаря своим магнитным свойствам черные металлы также используются в приборах и двигателях. (Ага - благодаря черным металлам вы можете повесить табель успеваемости ребенка или список покупок с помощью магнита на дверце холодильника.) Черные металлы также имеют высокое содержание углерода, что обычно делает их склонными к ржавчине.Исключение составляют нержавеющая сталь из-за хрома и кованое железо из-за высокого содержания чистого железа.

Примеры черных металлов:

  • Сталь: железо с углеродом; широко используется в строительстве и производстве металлоконструкций
  • Углеродистая сталь: в железо добавлено еще более высокое содержание углерода; исключительно твердый металл
  • Нержавеющая сталь: легированная сталь с добавлением хрома для защиты от ржавчины
  • Прочие легированные стали: легкие металлы, такие как хром, никель, титан, добавлены для упрочнения других металлов без увеличения веса
  • Чугун: чугун, углерод, кремний; тяжелый, твердый, износостойкий

Цветные металлы
Цветные металлы использовались с медного века, около 5000 г.C. Поскольку цветные металлы не содержат железа, они обычно более устойчивы к коррозии, чем черные металлы. Некоторыми примерами цветных металлов являются алюминий, алюминиевые сплавы и медь, которые часто используются в промышленных приложениях, таких как водостоки, кровля, трубы и электричество. Цветные металлы также включают латунь, золото, никель, серебро, олово, свинец и цинк. Другие общие свойства цветных металлов - немагнитные, ковкие и легкие. Это делает их идеальными для использования в самолетах и ​​других приложениях.

Примеры цветных металлов:

  • Алюминий: легкий, малопрочный, легко формируемый
  • Медь: очень пластичная, с высокой электропроводностью
  • Свинец: тяжелый, мягкий, ковкий металл; низкая температура плавления, низкая прочность
  • Олово: мягкий, податливый металл с низким пределом прочности, часто используемый для покрытия стали для предотвращения коррозии.
  • Цинк: металл средней прочности с низкой температурой плавления, широко используемый при цинковании для предотвращения ржавчины на чугуне или стали

Спросите у экспертов All Metals Fabrication, какой металл лучше всего подходит для вашего следующего промышленного или архитектурного проекта по изготовлению металла.

Черные и цветные металлы | Примеры и списки металлов

В чем разница между черными и цветными металлами? В случае черных металлов (железо = железо) основным металлом является железо. Они составляют большую часть всех металлов, используемых сегодня. Это стало возможным благодаря их свойствам, которые подходят для многих различных отраслей и сценариев использования.

Цветные металлы, с другой стороны, не включают железо. Это различие сделано потому, что оно приводит к определенному характерному изменению, которого не обеспечивают цветные металлы.

Свойства черных металлов

Черные металлы могут содержать множество различных легирующих элементов. Некоторые примеры - хром, никель, молибден, ванадий, марганец. Они придают черным сталям свойства материала, которые делают их широко используемыми в машиностроении.

Перечень свойств черных металлов:

  • прочный
  • Высокая прочность на разрыв
  • Обычно магнитный
  • Низкая устойчивость к коррозии
  • Серебристый цвет
  • Вторичная переработка
  • Хорошие проводники электричества

Эти качества позволяют использовать их при строительстве долговечных небоскребов.Кроме того, они используются в производстве инструментов, автомобильных двигателей, трубопроводов, контейнеров, автомобилей, столовых приборов и т. Д.

Примеры черных металлов

Все они имеют разные спецификации, что позволяет использовать их в самых разных областях. Для лучшего обзора мы составили список черных металлов:

Нелегированные стали

Нелегированные стали также известны как углеродистые стали, потому что углерод является легирующим элементом. Да, это немного сбивает с толку, поскольку название предполагает одно, но именно так часто бывает в мире металлов.Хотя присутствуют и другие элементы, их содержание достаточно низкое, чтобы не влиять на свойства материала. Эти элементы - сера, фосфор, кремний и марганец. Сера и фосфор могут действительно отрицательно сказаться на качестве стали, но, опять же, не при таком низком содержании.

Хотя термин «нелегированные стали» не часто упоминается в типичной машиностроительной компании как таковой, наши любимые конструкционные стали, такие как S235, S355 и т. Д., Относятся к этой группе.

Нелегированные стали классифицируются по содержанию углерода на стали с низким, средним и высоким содержанием углерода. Каждый из них имеет собственное применение и характеристики различаются. Также доступны разные методы лечения.

Низкоуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая или мягкая сталь содержит 0,05… 0,25% углерода. Они довольно дешевы и очень хорошо подходят для операций гибки. Поверхностную твердость можно повысить за счет науглероживания.

Широко используются недорогие и ковкие низкоуглеродистые стали.Некоторые примеры включают болты и гайки, поковки, детали средней нагрузки и т. Д.

Примеры низкоуглеродистых сталей: C10E / 1.1121, C15E / 1.1141

Среднеуглеродистая сталь

Среднеуглеродистые стали содержат 0,25… 0,6% углерода. Более высокое содержание углерода увеличивает их прочность и твердость по сравнению с низкоуглеродистыми сталями. При этом снижается пластичность. Увеличение содержания углерода и марганца позволяет производить отпуск и закалку.

Шестерни, валы и оси - все черные металлы

Среднеуглеродистые стали в основном используются для изготовления различных компонентов автомобильной промышленности, таких как шестерни, оси, валы, а также болты, гайки, винты и т. Д.Стали от 0,4… 0,6% также подходят для всего, что связано с локомотивами и рельсами.

Примеры среднеуглеродистых сталей: C40E / 1.1186, C60E / 1.1221

Высокоуглеродистая сталь

Цифры содержания углерода для высокоуглеродистых сталей варьируются в зависимости от различных источников. Некоторые из них имеют больше подгрупп, в то время как другие останавливаются на высокоуглеродистых сталях, которые начинаются с содержания углерода 0,6% и заканчиваются около 1%. Мы будем придерживаться второй интерпретации.

Это самые прочные из этой группы, что делает их пригодными для применений, где требуется устойчивость к механическому износу материала.Еще одно качество высокоуглеродистых сталей - их способность сохранять форму. Вот почему инструментальная сталь находит множество различных применений в области машиностроения.

С другой стороны, свариваемость, пластичность и ударная вязкость хуже, чем у сталей с меньшим содержанием углерода.

Стали также классифицируются по использованию. Инструментальные стали и высокоуглеродистые стали перекрываются.

Сохранение формы делает их полезными в качестве пружин. Другие варианты использования включают лезвия, рельсовые стали, трос, износостойкие пластины, всевозможные инструменты и т. Д.

Примеры высокоуглеродистых сталей: C70U / 1.1520, C105U / 1.1545

Легированные стали и легирующие элементы

Легированные стали составляют еще одну подгруппу черных металлов. Легирующие элементы стали : хром, никель, кремний, медь, титан и т. Д. . Каждый из них по-своему влияет на свойства материала. Конечно, их обычно совмещают, поэтому в конечных продуктах есть всего понемногу. Мы обсуждаем, как наиболее распространенные элементы влияют на результат.

Хром

Хром - это элемент, отвечающий за создание нержавеющей стали.Содержание хрома в количестве более 11% делает металл устойчивым к коррозии. Как обсуждалось в статье о материалах износа, защита осуществляется за счет создания слоя окисленного хрома поверх металла. Это означает, что основной металл не контактирует с кислородом, и опасность коррозии значительно снижается.

Таким образом, он готов к использованию без какого-либо защитного покрытия. Вы можете добиться великолепного эстетического результата, выбрав подходящую для вашего применения поверхность из нержавеющей стали.

Кроме того, хром также увеличивает прочность на разрыв, твердость, ударную вязкость, износостойкость и т. Д.

Марганец

Марганец улучшает пластичность, износостойкость и закаливаемость. Последнее осуществляется закалкой, при которой марганец оказывает значительное влияние. Это снижает опасность образования дефектов во время процесса, делая его более стабильным.

Также исключает образование вредных сульфидов железа, повышая прочность при высоких температурах.

Никель
Столовые приборы из нержавеющей стали помогают нам избежать привкуса ржавчины

Его основная цель - повысить пластичность и устойчивость к коррозии в сочетании с другими элементами, а именно с хромом. Когда содержание хрома составляет около 18%, а никеля - 8%, мы получаем чрезвычайно прочные нержавеющие стали.

Кремний

Повышает прочность и эластичность пружин. Еще один значительный эффект - повышение магнитных свойств металла.

Титан

Повышает прочность и коррозионную стойкость, ограничивает размер зерна аустенита.

Ванадий

Образование карбидов ванадия ограничивает размер зерна. Это влияет на повышение пластичности материала.

Он также увеличивает прочность, твердость, износостойкость и ударопрочность. Из-за его эффективности суммы должны быть низкими. В противном случае это может негативно сказаться на свойствах материала.

молибден

Молибден оказывает большое влияние на стальные сплавы при высоких температурах. Он улучшает механические свойства, а также устойчивость к коррозии и действует как усилитель для эффектов других легирующих элементов.

Чугун

Чугун - это сплав железа и углерода с содержанием углерода от 1,5 до 4 процентов. Также присутствуют другие элементы, а именно кремний, марганец, сера и фосфор.

Все мы знаем тяжелые чугунные сковороды 40-летней давности на бабушкиной кухне

Несмотря на то, что они хрупкие, их твердость делает их устойчивыми к износу. Окончательная форма изделия из чугуна достигается путем литья. Этот процесс требует лишь незначительной обработки после обработки, чтобы можно было сформировать необходимую форму.

Свойства чугуна:

  • Отличная литье
  • Сравнительно дешево
  • Высокая прочность на сжатие
  • Хорошая износостойкость
  • Низкая точка плавления

Что такое цветной металл?

Цветные металлы не содержат железа. Они более мягкие и, следовательно, более податливые. Они используются как в промышленности, так и в эстетических целях - драгоценные металлы, такие как золото и серебро, являются цветными. Фактически, все формы чистого металла, кроме чистого железа, являются цветными.

Свойства цветных металлов

Преимущества цветных металлов позволяют использовать их во многих областях вместо железа и стали.

Свойства цветных металлов:

  • Высокая коррозионная стойкость
  • Простота изготовления - обрабатываемость, литье, сварка и т. Д.
  • Отличная теплопроводность
  • Отличная электропроводность
  • Низкая плотность (без массы)
  • Цветной
  • Немагнитный

Список цветных металлов

Опять же, мы собираемся предоставить некоторую информацию о каждом металле и его свойствах.Примеры цветных металлов:

Медь

При окислении медь приобретает зеленый цвет.

Медь довольно широко распространена в промышленности. Добавьте сплавы латуни (медь и цинк) и бронзу (медь и олово), и вы, возможно, уже увидите множество применений меди. Если нет, мы можем вам помочь. Для инженеров-механиков наиболее известны подшипники скольжения и втулки.

Тем не менее, свойства меди и медных сплавов позволяют использовать больше:

  • Высокая теплопроводность - теплообменники, нагревательные сосуды, приборы и т. Д.
  • Высокая электрическая проводимость - используется в качестве электрического проводника в электропроводке и двигателях
  • Хорошая коррозионная стойкость - красивая, но дорогая кровля
  • Высокая пластичность - делает материал очень легко формуемым и подходящим для изготовления статуй.

Алюминий

В инженерном отношении очень особенный и важный металл.Может быть не так полезен в повседневном применении из-за цены, но его сочетание небольшого веса и отличной обрабатываемости делает его основным металлом на яхтах, самолетах и ​​многих автомобильных запчастях.

Алюминий также является основным металлом во многих сплавах. Наиболее известными марками алюминия, вероятно, являются дюралюминий, Y-сплав и магналий.

Свойства алюминия включают:

  • Коррозионностойкий
  • Хороший проводник тепла и электричества (но меньше, чем у меди) - в сочетании с пластичностью и ковкостью заменяет медь в некоторых случаях
  • Высокая пластичность и легкий вес
  • Становится твердым после холодной обработки, поэтому требует отжига

Лазерная резка алюминия - это то, что требует опыта и правильного оборудования.Поэтому внимательно выбирайте субподрядчика для производства.

Свинец

Свойства свинца

Для обычного человека свинец может вызвать тревогу, связанную с пулями (которые теперь не содержат свинца) и газом (имеющим знак «неэтилированный»). Хотя сначала его добавляли в топливо для уменьшения детонации двигателя, оказалось, что он очень вреден для здоровья при испарении в атмосферу.

То же самое и с патронами, и с работниками стрельбища, у которых возникли проблемы со здоровьем.Но зачем вообще это добавлять? Потому что свинец - самый тяжелый из обычных металлов. Поскольку он не вступает в реакцию с другими веществами, они по-прежнему используются в батареях и силовых кабелях, резервуарах для кислоты и водопроводных трубах.

Свойства свинца:

  • Очень тяжелый
  • Устойчив к коррозии - не вступает в реакцию со многими химическими веществами
  • Мягкий и податливый

цинк

Цинк сам по себе не имеет большого значения для обычного человека.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *