Aina za chuma cha kutupwa, uainishaji, muundo, sifa, uwekaji alama na matumizi

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Leo karibu hakuna eneo la maisha ya binadamu ambapo chuma cha kutupwa hakitumiki. Nyenzo hii imejulikana kwa wanadamu kwa muda mrefu sana na imejidhihirisha vyema kutoka kwa mtazamo wa vitendo. Chuma cha kutupwa ni msingi wa anuwai kubwa ya sehemu, makusanyiko na mifumo, na katika hali zingine hata bidhaa inayojitosheleza yenye uwezo wa kutekeleza majukumu iliyopewa. Kwa hiyo, katika makala hii tutazingatia sana kiwanja hiki kilicho na chuma. Pia tutajua ni aina gani za chuma cha kutupwa, sifa zake za kimwili na kemikali.

Ufafanuzi

Iron ni aloi ya kipekee ya chuma na kaboni, ambayo Fe ni zaidi ya 90%, na C sio zaidi ya 6.67%, lakini si chini ya 2.14%. Pia, kaboni inaweza kupatikana katika chuma cha kutupwa katika umbo la simenti au grafiti.

Kaboni huipa aloi ugumu wa hali ya juu vya kutosha, hata hivyo, wakati huo huo, inapunguza urahisi na udugu. Matokeo yake, chuma cha kutupwa ni nyenzo zenye brittle. Pia, viongeza maalum huongezwa kwa darasa fulani la chuma cha kutupwa, ambacho kinaweza kutoa kiwanja mali fulani. Jukumu la vipengele vya alloying inaweza kuwa: nickel, chromium, vanadium, alumini. Fahirisi ya wiani wa chuma cha kutupwa ni kilo 7200 kwa kila mita ya ujazo. Ambayo inaweza kuhitimishwa kuwauzito wa chuma cha kutupwa ni kiashiria ambacho hakiwezi kuitwa kidogo.

Usuli wa kihistoria

Chuma cha kuyeyusha kimejulikana kwa mwanadamu kwa muda mrefu. Kutajwa kwa aloi kwa mara ya kwanza kulianza karne ya sita KK.

Hapo zamani za kale, Uchina ilizalisha chuma cha kutupwa chenye kiwango cha chini cha kuyeyuka. Chuma cha kutupwa kilianza kuzalishwa huko Uropa karibu karne ya 14, wakati tanuu za mlipuko zilitumiwa kwa mara ya kwanza. Wakati huo, chuma kama hicho kilitumika kwa utengenezaji wa silaha, makombora, sehemu za ujenzi.

Nchini Urusi, utengenezaji wa chuma cha kutupwa ulianza kikamilifu katika karne ya 16 na kisha kupanuka haraka. Wakati wa Peter I, Milki ya Urusi iliweza kupita nchi zote za ulimwengu katika suala la uzalishaji wa chuma, lakini miaka mia moja baadaye ilianza kupotea tena katika soko la madini ya feri.

Aini ya chuma imetumiwa kuunda kazi mbalimbali za sanaa tangu Enzi za Kati. Hasa, katika karne ya 10, mabwana wa Kichina walitoa takwimu ya kipekee ya simba, ambayo uzito wake ulizidi tani 100. Kuanzia karne ya 15 huko Ujerumani, na baada ya hapo katika nchi zingine, kutupwa kwa chuma kulienea. Uzio, lati, sanamu za bustani, samani za bustani, mawe ya kaburi yalitengenezwa kutoka kwayo.

Katika miaka ya mwisho ya karne ya 18, utengenezaji wa chuma ulihusika zaidi katika usanifu wa Urusi. Na karne ya 19 kwa ujumla iliitwa "umri wa chuma cha kutupwa", kwani aloi ilitumika sana katika usanifu.

Vipengele

Kuna aina tofautichuma cha kutupwa, hata hivyo, kiwango cha wastani cha myeyuko wa kiwanja hiki cha chuma ni takriban nyuzi 1200 za Selsiasi. Takwimu hii ni digrii 250-300 chini ya inahitajika kwa utengenezaji wa chuma. Tofauti hii inahusishwa na maudhui ya juu ya kaboni, ambayo husababisha vifungo vyake vya karibu kidogo na atomi za chuma katika kiwango cha molekuli.

Wakati wa kuyeyushwa na kuangazia baadae, kaboni iliyo katika chuma cha kutupwa haina muda wa kupenya kabisa kwenye kimiani ya molekuli ya chuma, na kwa hivyo chuma cha kutupwa hatimaye hubadilika kuwa tete kabisa. Katika suala hili, haitumiwi ambapo kuna mizigo ya nguvu ya mara kwa mara. Lakini wakati huo huo, ni bora kwa sehemu ambazo zimeongeza mahitaji ya nguvu.

Teknolojia ya utayarishaji

Hakika aina zote za chuma cha kutupwa hutengenezwa kwenye tanuru ya mlipuko. Kwa kweli, mchakato wa kuyeyusha yenyewe ni shughuli ngumu ambayo inahitaji uwekezaji mkubwa wa nyenzo. Tani moja ya chuma cha nguruwe inahitaji kuhusu kilo 550 za coke na karibu tani ya maji. Kiasi cha ore iliyopakiwa kwenye tanuru itategemea maudhui ya chuma. Mara nyingi, ore hutumiwa, ambayo chuma ni angalau 70%. Mkusanyiko wa chini wa kipengee haufai, kwa sababu itakuwa mbaya kukitumia.

Uzalishaji wa hatua ya kwanza

Paini ya kuyeyusha ni kama ifuatavyo. Awali ya yote, ore hutiwa ndani ya tanuru, pamoja na darasa la makaa ya mawe, ambayo hutumikia kushinikiza na kudumisha joto linalohitajika ndani ya shimoni la tanuru. Kwa kuongeza, bidhaa hizi wakati wa mchakato wa mwako zinahusika kikamilifu katika athari za kemikali zinazoendelea katikajukumu la vipunguza chuma.

Wakati huo huo, mtiririko hupakiwa kwenye tanuru, ambayo hutumika kama kichocheo. Husaidia miamba kuyeyuka haraka, hivyo huchochea utolewaji wa chuma.

Ni muhimu kutambua kwamba madini hayo hufanyiwa matibabu maalum ya awali kabla ya kupakiwa kwenye tanuru. Inavunjwa kwenye mmea wa kusagwa (chembe ndogo huyeyuka haraka). Kisha huoshwa ili kuondoa chembe zisizo na chuma. Baada ya hayo, malighafi huwashwa, kutokana na hili, sulfuri na vipengele vingine vya kigeni huondolewa kutoka humo.

Hatua ya pili ya uzalishaji

Gesi asilia hutolewa kwenye tanuru ikiwa imepakiwa na tayari kwa kazi kupitia vichomaji maalum. Koka huwasha moto malighafi. Katika kesi hii, kaboni hutolewa, ambayo inachanganya na oksijeni na hufanya oksidi. Oksidi hii baadaye inashiriki katika uokoaji wa chuma kutoka kwa madini. Kumbuka kwamba kwa kuongezeka kwa kiasi cha gesi katika tanuru, kiwango cha mmenyuko wa kemikali hupungua, na wakati uwiano fulani unapofikiwa, huacha kabisa.

Kaboni ya ziada hupenya kwenye kuyeyuka na kuungana na chuma, hatimaye kutengeneza chuma cha kutupwa. Vipengele hivyo vyote ambavyo havijayeyuka viko juu ya uso na hatimaye huondolewa. Taka hii inaitwa slag. Inaweza pia kutumika kutengeneza nyenzo zingine. Aina za chuma cha kutupwa zinazopatikana kwa njia hii huitwa foundry na pig iron.

Tofauti

Uainishaji wa kisasa wa chuma cha kutupwa hutoa mgawanyiko wa aloi hizi katika aina zifuatazo:

• Nyeupe.
• Nusu.
• Grey na graphite flake.
• graphite yenye nodular yenye nguvu ya juu.
• Ductile.

Hebu tuangalie kila moja kivyake.

Chuma cha chuma cheupe

Aini hii ya kutupwa ni ile ambayo karibu kaboni yote imeunganishwa kwa kemikali. Katika uhandisi wa mitambo, alloy hii haitumiwi mara nyingi, kwa sababu ni ngumu, lakini ni brittle sana. Pia, haiwezi kutengenezwa na zana mbalimbali za kukata, na kwa hiyo hutumiwa kwa sehemu za kutupa ambazo hazihitaji usindikaji wowote. Ingawa aina hii ya chuma cha kutupwa inaruhusu kusaga na magurudumu ya abrasive. Chuma cha kutupwa nyeupe kinaweza kuwa cha kawaida na cha aloi. Wakati huo huo, kulehemu husababisha matatizo, kwa vile inaambatana na uundaji wa nyufa mbalimbali wakati wa baridi au joto, na pia kutokana na kutofautiana kwa muundo unaounda kwenye hatua ya kulehemu.

Pani nyeupe zinazostahimili uchakavu hupatikana kwa ukaushaji wa msingi wa aloi ya kioevu wakati wa kupoeza haraka. Hutumika zaidi kwa matumizi ya kukauka kwa msuguano (k.m. pedi za breki) au kwa utengenezaji wa sehemu zilizo na kuongezeka kwa uchakavu na upinzani wa joto (roli za kinu).

Kwa njia, chuma cheupe kilipata jina lake kutokana na ukweli kwamba kuonekana kwa kuvunjika kwake ni uso wa fuwele nyepesi, unaong'aa. Muundo wa chuma hiki cha kutupwa ni mchanganyiko wa ledeburite, perlite na saruji ya sekondari. Ikiwa chuma hiki cha kutupwa ni alloyed, basi pearlite inabadilishwa kuwatroostite, austenite au martensite.

chuma nusu chuma

Uainishaji wa pasi za kutupwa hautakamilika bila kutaja aina hii ya aloi ya chuma.

Aini hii ya chuma ina sifa ya mchanganyiko wa eutectics ya carbide na grafiti katika muundo wake. Kwa ujumla, muundo kamili una fomu ifuatayo: grafiti, pearlite, ledeburite. Iwapo chuma cha kutupwa kinakabiliwa na matibabu ya joto au alloying, hii itasababisha kuundwa kwa austenite, martensite au troostite acicular.

Aina hii ya chuma cha kutupwa haina brittle, kwa hivyo matumizi yake ni machache sana. Aloi yenyewe ilipata jina lake kwa sababu kuvunjika kwake ni mchanganyiko wa maeneo meusi na mepesi ya muundo wa fuwele.

Nyenzo za uhandisi zinazojulikana zaidi

Chuma cha rangi ya kijivu GOST 1412-85 kina takriban 3.5% ya kaboni, kutoka silicon 1.9 hadi 2.5%, hadi 0.8% ya manganese, hadi 0.3% ya fosforasi na chini ya 0, 12% salfa.

Graphite katika chuma cha kutupwa vile ina umbo la lamellar. Haihitaji marekebisho maalum.

Vibao vya grafiti vina athari kubwa ya kudhoofisha na kwa hivyo chuma cha rangi ya kijivu kina sifa ya uthabiti mdogo sana na kukosekana kabisa kwa urefu (chini ya 0.5%).

Anti ya rangi ya kijivu imetengenezwa vizuri. Muundo wa aloi unaweza kuwa kama ifuatavyo:

• Ferrite-graphite.
• Ferrite-pearlite-graphite.
• Perlite-graphite.

Aini ya rangi ya kijivu hufanya kazi vizuri zaidi katika mgandamizo kuliko kwenye mkazo. Yeye piawelds vizuri kabisa, lakini hii inahitaji preheating, na vijiti maalum vya chuma vya kutupwa na maudhui ya juu ya silicon na kaboni inapaswa kutumika kama nyenzo za kujaza. Bila kupasha joto awali, kulehemu itakuwa vigumu kwa sababu chuma cha kutupwa kitapauka katika sehemu ya kuchomea.

Paini ya rangi ya kijivu hutumika kuzalisha sehemu zinazofanya kazi bila kupakia mshtuko (puli, vifuniko, vitanda).

Jina la chuma hiki cha kutupwa hutokea kulingana na kanuni ifuatayo: SCH 25-52. Barua mbili zinaonyesha kuwa hii ni chuma cha kutupwa kijivu, nambari 25 ni kiashiria cha nguvu ya mkazo (katika MPa au kgf / mm 2), nambari 52 ndio nguvu ya mkazo kwa sasa. ya kupinda.

Ductile iron

chuma cha nodular cast ni tofauti kimsingi na "ndugu" zake wengine kwa kuwa kina grafiti nodular. Inapatikana kwa kuanzisha modifiers maalum (Mg, Ce) kwenye aloi ya kioevu. Idadi ya mijumuisho ya grafiti na vipimo vyake vya mstari inaweza kuwa tofauti.

Ni nini kizuri kuhusu graphite spheroidal? Ukweli kwamba muundo kama huo hudhoofisha msingi wa chuma, ambayo, kwa upande wake, inaweza kuwa pearlitic, ferritic au pearlitic-ferritic.

Kutokana na matumizi ya matibabu ya joto au aloi, msingi wa chuma unaweza kuwa acicular-troostite, martensitic, austenitic.

Daraja za chuma cha ductile ni tofauti, lakini kwa ujumla, muundo wake ni kama ifuatavyo: VCh 40-5. Ni rahisi kudhani kuwa HF ni chuma cha kutupwa chenye nguvu nyingi, nambari 40 ni kiashirianguvu ya mkazo (kgf/mm2), nambari 5 inahusiana na urefu, ikionyeshwa kama asilimia.

Ductile iron

Muundo wa chuma chenye ductile ni kuwepo kwa grafiti ndani yake katika hali tete au duara. Wakati huo huo, grafiti iliyofifia inaweza kuwa na laini na mshikamano tofauti, ambayo, kwa upande wake, ina athari ya moja kwa moja kwenye sifa za kiufundi za chuma cha kutupwa.

Aini ya ductile ya viwandani mara nyingi hutengenezwa kwa msingi wa feri, ambayo hutoa udugu mkubwa zaidi.

Mwonekano wa kuvunjika kwa chuma chenye ductile ina mwonekano mweusi wa velvety. Kadiri kiwango cha perlite kilivyo juu katika muundo, ndivyo mgawanyiko unavyozidi kuwa mwepesi.

Kwa ujumla, chuma chenye ductile hupatikana kutoka kwa chuma cheupe kutokana na kukauka kwa muda mrefu kwenye tanuu zilizopashwa joto hadi nyuzi joto 800-950.

Leo, kuna njia mbili za kutengeneza ductile iron: Ulaya na Marekani.

Mbinu ya Kimarekani ni kufifia aloi kwenye mchanga kwa joto la nyuzi 800-850. Katika mchakato huu, grafiti iko kati ya nafaka za chuma safi zaidi. Kwa hivyo, chuma cha kutupwa kinakuwa mnato.

Katika mbinu ya Uropa, uigizaji unadhoofika katika madini ya chuma. Joto wakati huo huo ni kuhusu digrii 850-950 Celsius. Carbon hupita ndani ya ore ya chuma, kwa sababu ambayo safu ya uso wa castings hupunguzwa na inakuwa laini. Chuma cha kutupwa kinakuwa laini, huku msingi ukisalia kuwa brittle.

Kuweka alama kwa chuma inayoweza kuyeyuka: KCh 40-6, ambapo KCh ni, bila shaka, chuma inayoweza kuyeyuka; 40 - index ya nguvu ya mvutano;6 – kurefusha, %.

Viashiria vingine

Kuhusu mgawanyo wa chuma cha kutupwa kwa nguvu, uainishaji ufuatao unatumika hapa:

• Nguvu ya kawaida: σv hadi 20 kg/mm2.
• Nguvu iliyoongezeka: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Nguvu ya juu: σv=40 kg/mm2 na zaidi.

Kulingana na ductility, chuma cha kutupwa kimegawanywa katika:

• Isiyobadilika - chini ya urefu wa 1%.
• Plastiki ya chini - kutoka 1% hadi 5%.
• Plastiki - kutoka 5% hadi 10%.
• Kuongezeka kwa kinamu - zaidi ya 10%.

Kwa kumalizia, ningependa pia kutambua kwamba sifa za chuma chochote huathiriwa kwa kiasi kikubwa hata na umbo na asili ya kumwaga.