Получение, состав и свойства чугуна и стали.

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,14%, Присутствует также кремний и некоторые количества марганца, серы и фосфора, а иногда и другие элементы, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др. В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид железа Fe₃C - цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Получение белого или серого чугуна зависит от его состава и скорости охлаждения.

В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подразделяют на простые, низколегированные (до 2,5% легирующих элементов), среднелегированные (2,5- 10% легирующих элементов) и высоколегированные (свыше 10% легирующих элементов). Шире всего используют простые и низколегированные серые литейные чугуны.

Получение чугуна в доменной печи заключается в восстановлении железа из оксидов железной руды, в качестве которой используют магнитный железняк (минерал магнетит — Fe304); красный железняк (гематит — Fe203); бурый железняк (минералы лимонит — 2Fe203- ЗН20 и гетит — Fe203- Н20) и др.

Чтобы отделить примеси, содержащиеся в руде и коксе (продукте переработки каменного угля), их нужно расплавить, однако температура плавления у них намного выше, чем у чугуна. Ее понижают, вводя флюсы (плавни), чаще всего — известняк.

Производство стали осуществляется тремя способами: конверторным (бессемеровским, томассовским), мартеновским и электроплавкой.
По химическому составу сталь разделяется на углеродистую и легированную.
По степени качества стали могут быть обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Для получения качественных и легированных сталей вводят специальные легирующие добавки: хром, никель, марганец, ванадий и другие.
По назначению стали делятся на строительные, конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими свойствами.
В качестве строительных используют углеродистые стали обыкновенного качества и низколегированные.

Получение стали заключается в удалении из чугуна углерода путем его окисления (выгорания). Попутно выгорают и примеси: кремний, марганец, фосфор. Сера удаляется с трудом, поэтому для получения стали используется бессернистый чугун. В отличие от доменного процесса переработка чугуна в сталь происходит при более высокой температуре, так как сталь более тугоплавка, чем чугун. Повышение температуры достигается за счет теплоты, выделяющейся в основном при выгорании примесей. Горение углерода дает слишком мало теплоты и не может обеспечить повышение температуры. Теплота может дополнительно подводиться извне.

Для разрушения растворимой закиси железа FeO в расплав вводят раскислители — специальные сплавы марганца, кремния и алюминия с железом (ферросплавы). В конце плавки сталь кипит — из нее выделяются растворенные кислород, азот и водород. Кипящая сталь является наиболее хрупкой, пористой и химически неоднородной. Азот и водород удаляют дегазацией (вакуумированием) ванны.

Цветные металлы и сплавы

К цветным металлам* и сплавам относятся практически все металлы и сплавы, за исключением железа и его сплавов, образующих группу чёрных металлов. Цветные металлы встречаются реже, чем железо и часто их добыча стоит значительно дороже, чем добыча железа. Однако цветные металлы часто обладают такими свойствами, какие у железа не обнаруживаются, и это оправдывает их применение.

Выражение «цветной металл» объясняется цветом некоторых тяжёлых металлов: так, например, медь имеет красный цвет.

Если металлы соответствующим образом смешать (в расплавленном состоянии), то получаются сплавы. Сплавы обладают лучшими свойствами, чем металлы, из которых они состоят. Сплавы, в свою очередь, подразделяются на сплавы тяжёлых металлов, сплавы лёгких металлов и т.д.

Цветные металлы по ряду признаков разделяют на следующие группы:

- тяжёлые металлы — медь, никель, цинк, свинец, олово;

- лёгкиеметаллы —алюминий, магний, титан, бериллий, кальций,стронций, барий, литий, натрий, калий, рубидий, цезий;

- благородные металлы — золото, серебро, платина, осмий, рутений,родий, палладий;

- малые металлы — кобальт, кадмий, сурьма, висмут, ртуть, мышьяк;

- тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден, ванадий, тантал, ниобий,хром, марганец, цирконий;

- редкоземельные металлы — лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, иттербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, лютеций, прометий, скандий, иттрий;

- рассеянные металлы — индий, германий, таллий, таллий, рений, гафний, селен, теллур;

- радиоактивные металлы — уран, торий, протактиний, радий, актиний, нептуний, плутоний, америций, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий.

Чаще всего цветные металлы применяют в технике и промышленности в виде различных сплавов, что позволяет изменять их физические, механические и химические свойства в очень широких пределах. Кроме того, свойства цветных металлов изменяют путём термической обработки, нагартовки, эа счёт искусственного и естественного старения и т. д.

Цветные металлы подвергают всем видам механической обработки и обработки давлением — ковке, штамповке, прокатке, прессованию, а также резанию, сварке, пайке.

Из цветных металлов изготовляют литые детали, а также различные полуфабрикаты в виде проволоки, профильного металла, круглых, квадратных и шестигранных прутков, полосы, ленты, листов и фольги. Значительную часть цветных металлов используют в виде порошков для изготовления изделий методом порошковой металлургии, а также для изготовления различных красок и в качестве антикоррозионных покрытий.