Шойын түрлері, классификациясы, құрамы, қасиеттері, таңбалануы және қолданылуы

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Қазіргі таңда адам өмірінде шойын пайдаланылмайтын сала жоқтың қасы. Бұл материал адамзатқа ұзақ уақыт бойы белгілі және практикалық тұрғыдан өзін жақсы дәлелдеді. Шойын көптеген бөлшектердің, тораптар мен механизмдердің, ал кейбір жағдайларда тіпті өзіне жүктелген функцияларды орындауға қабілетті өзін-өзі қамтамасыз ететін өнімнің негізі болып табылады. Сондықтан осы мақалада біз құрамында темірі бар осы қосылысқа ерекше назар аударамыз. Сондай-ақ біз шойынның қандай түрлері бар екенін, олардың физикалық және химиялық ерекшеліктерін анықтаймыз.

Анықтама

Шойын – шын мәнінде бірегей темір мен көміртегі қорытпасы, оның құрамында Fe 90%-дан астам, ал С 6,67%-дан көп емес, бірақ 2,14%-дан кем емес. Сондай-ақ көміртекті шойыннан цементит немесе графит түрінде табуға болады.

Көміртек қорытпаға жеткілікті жоғары қаттылық береді, бірақ сонымен бірге иілгіштік пен иілгіштікті төмендетеді. Нәтижесінде шойын сынғыш материал болып табылады. Сондай-ақ, шойынның белгілі бір сорттарына арнайы қоспалар қосылады, олар қосылысқа белгілі бір қасиеттерді бере алады. Легирлеуші элементтердің рөлі: никель, хром, ванадий, алюминий болуы мүмкін. Шойынның тығыздық индексі текше метрге 7200 килограммды құрайды. Бұдан былай қорытынды жасауға боладышойынның салмағы аз деп айтуға болмайтын көрсеткіш.

Тарихи дерек

Темір балқыту адамға бұрыннан белгілі. Қорытпа туралы алғашқы ескерту біздің дәуірімізге дейінгі VI ғасырға жатады.

Ежелгі уақытта Қытайда балқу температурасы айтарлықтай төмен шойын өндірілген. Еуропада шойын домна пештері алғаш рет қолданылған 14 ғасыр шамасында өндіріле бастады. Ол кезде мұндай темір құйма қару-жарақ, снарядтар, құрылыс бөлшектерін жасау үшін пайдаланылды.

Ресейде шойын өндірісі 16 ғасырда белсенді түрде басталып, кейін тез кеңейді. Петр I тұсында Ресей империясы темір өндіру жөнінен дүние жүзінің барлық елдерін айналып өте алды, бірақ жүз жылдан кейін қара металлургия нарығында қайтадан өз орнын жоғалта бастады.

Шойын орта ғасырлардан бері әртүрлі өнер туындыларын жасау үшін қолданылған. Атап айтқанда, 10 ғасырда қытай шеберлері салмағы 100 тоннадан асатын арыстанның нағыз ерекше мүсінін құйған. 15 ғасырдан бастап Германияда, одан кейін басқа елдерде шойын құю кеңінен тарады. Одан қоршаулар, торлар, саябақ мүсіндері, бақша жиһаздары, құлпытастар жасалды.

18 ғасырдың соңғы жылдарында Ресейдің сәулет өнерінде темір құю ең көп айналысты. Ал 19 ғасыр жалпы «шойын ғасыры» деп аталды, өйткені қорытпа сәулет өнерінде өте белсенді қолданылды.

Мүмкіндіктер

Әртүрлі түрлері баршойын, алайда, бұл металл қосылысының орташа балқу температурасы Цельсий бойынша 1200 градусқа жуық. Бұл көрсеткіш болат балқытуға қажеттіден 250-300 градусқа аз. Бұл айырмашылық көміртегінің жеткілікті жоғары мөлшерімен байланысты, бұл оның молекулалық деңгейде темір атомдарымен азырақ жақын байланысына әкеледі.

Балқыту және одан кейінгі кристалдану кезінде шойынның құрамындағы көміртегі темірдің молекулалық торына толық еніп үлгермейді, сондықтан шойын ақырында әбден сынғыш болып шығады. Осыған байланысты ол тұрақты динамикалық жүктемелер болған жерде қолданылмайды. Бірақ сонымен бірге бұл беріктік талаптары жоғары бөлшектер үшін тамаша.

Өндіріс технологиясы

Шойынның барлық түрі домна пешінде шығарылады. Шындығында, балқыту процесінің өзі күрделі материалдық инвестицияларды қажет ететін өте ауыр жұмыс. Бір тонна шойынға 550 келі кокс пен бір тоннаға жуық су қажет. Пешке тиелген кен көлемі темірдің құрамына байланысты болады. Көбінесе темір кем дегенде 70% болатын кен қолданылады. Элементтің төмен концентрациясы қажет емес, өйткені оны пайдалану үнемсіз болады.

Бірінші кезеңдегі өндіріс

Қорқытатын темір келесідей. Ең алдымен пешке руда құйылады, сонымен қатар кокстелетін көмірдің сорттары пештің шахтасының ішіндегі қысымға және қажетті температураны ұстап тұруға қызмет етеді. Сонымен қатар, бұл өнімдер жану процесінде жүріп жатқан химиялық реакцияларға белсенді қатысадытемірді қалпына келтіретін заттардың рөлі.

Бұл ретте пешке катализатор қызметін атқаратын флюс жүктеледі. Ол тау жыныстарының тез еруіне көмектеседі, бұл темірдің бөлінуіне ықпал етеді.

Кенді пешке тиеу алдында арнайы алдын ала өңдеуден өтетінін ескерген жөн. Ол ұсақтау қондырғысында ұсақталады (ұсақ бөлшектер тезірек ериді). Содан кейін ол металлсыз бөлшектерді жою үшін жуылады. Осыдан кейін шикізат күйдіріледі, соның арқасында одан күкірт және басқа бөгде элементтер жойылады.

Өндірістің екінші кезеңі

Табиғи газ арнайы қыздырғыштар арқылы тиелген және жұмысқа дайын пешке беріледі. Кокс шикізатты қыздырады. Бұл жағдайда көміртегі бөлінеді, ол оттегімен қосылып, оксид түзеді. Бұл оксид кейіннен рудадан темірді алуға қатысады. Назар аударыңыз, пештегі газ мөлшері артқан сайын химиялық реакция жылдамдығы төмендейді, ал белгілі бір қатынасқа жеткенде ол мүлдем тоқтайды.

Артық көміртегі балқымаға еніп, темірмен қосылып, ақырында шойын түзеді. Балқымаған элементтердің барлығы бетінде болады және ақырында жойылады. Бұл қалдықтар шлак деп аталады. Оны басқа материалдарды өндіру үшін де пайдалануға болады. Осылайша алынған шойын түрлері құю және шойын деп аталады.

Дифференциация

Шойындардың қазіргі классификациясы бұл қорытпаларды келесі түрлерге бөлуді қарастырады:

• Ақ.
• Жарты.
• Қапшықты графиті бар сұр.
• Жоғары берік түйінді графит.
• Иілгіш.

Әрқайсысын бөлек қарастырайық.

Ақ шойын

Бұл шойын көміртегінің барлығы дерлік химиялық байланысқан шойын. Машина жасауда бұл қорытпа өте жиі қолданылмайды, өйткені ол қатты, бірақ өте сынғыш. Сондай-ақ, оны әртүрлі кескіш құралдармен өңдеу мүмкін емес, сондықтан өңдеуді қажет етпейтін бөлшектерді құю үшін қолданылады. Шойынның бұл түрі абразивті дөңгелектермен тегістеуге мүмкіндік береді. Ақ шойын қарапайым және легирленген болуы мүмкін. Сонымен қатар, оны дәнекерлеу қиындықтар туғызады, өйткені ол салқындату немесе қыздыру кезінде әртүрлі сызаттардың пайда болуымен, сондай-ақ дәнекерлеу нүктесінде пайда болатын құрылымның гетерогенділігіне байланысты.

Тозуға төзімді ақ шойындар жылдам салқындату кезінде сұйық қорытпаның бастапқы кристалдануы арқылы алынады. Олар көбінесе құрғақ үйкелісті қолдану үшін (мысалы, тежегіш жастықшалар) немесе тозуы мен ыстыққа төзімділігі жоғары бөлшектерді (прокат орамдары) өндіру үшін қолданылады.

Айтпақшы, ақ шойын оның сынуының сыртқы түрі жеңіл кристалды, жарқыраған бетті болуына байланысты аталды. Бұл шойынның құрылымы ледебурит, перлит және екінші реттік цементит қосындысынан тұрады. Егер бұл шойын легирленген болса, онда перлитке айналадытроостит, аустенит немесе мартенсит.

Жартылай шойын

Металл қорытпасының осы алуан түрін айтпасақ, шойындардың классификациясы толық болмайды.

Бұл шойын құрылымында карбид эвтектикасы мен графиттің үйлесімімен сипатталады. Жалпы алғанда, толыққанды құрылымның келесі формасы бар: графит, перлит, ледебурит. Егер шойын термиялық өңдеуге немесе легірлеуге ұшыраса, бұл аустенит, мартенсит немесе акцикулярлы трооститтің пайда болуына әкеледі.

Шойынның бұл түрі өте сынғыш, сондықтан оны пайдалану өте шектеулі. Қорытпаның өзі оның атын алды, себебі оның сынуы кристалдық құрылымның қараңғы және ашық аймақтарының үйлесімі болып табылады.

Ең таралған инженерлік материал

Сұр шойын ГОСТ 1412-85 құрамында шамамен 3,5% көміртек, 1,9-2,5% кремний, 0,8% дейін марганец, 0,3% дейін фосфор және 0,12% күкірт бар.

Мұндай шойындағы графит пластинкалы пішінге ие. Ол арнайы өзгертуді қажет етпейді.

Графит пластиналарының күшті әлсірету әсері бар, сондықтан сұр шойын соққыға төзімділігі өте төмен және ұзарудың толық дерлік жоқтығымен (0,5%-дан аз) сипатталады.

Сұр шойын жақсы өңделген. Қорытпа құрылымы келесідей болуы мүмкін:

• Феррит-графит.
• Феррит-перлит-графит.
• Перлит-графит.

Сұр шойын керілгенге қарағанда қысу кезінде әлдеқайда жақсы жұмыс істейді. Ол даөте жақсы дәнекерленген, бірақ бұл алдын ала қыздыруды қажет етеді және толтырғыш материал ретінде құрамында кремний мен көміртегі жоғары арнайы шойын шыбықтар қолданылуы керек. Алдын ала қыздырусыз дәнекерлеу қиын болады, себебі шойын дәнекерленген аймақта ағарады.

Сұр шойын соққысыз жұмыс істейтін бөлшектерді (шығырлар, қақпақтар, төсектер) жасау үшін қолданылады.

Бұл шойынның белгіленуі келесі принцип бойынша жүзеге асады: SCH 25-52. Екі әріп бұл сұр шойын екенін көрсетеді, 25 саны созылу беріктігінің көрсеткіші (МПа немесе кгс/мм 2), 52 саны қазіргі уақытта созылу күші. иілу.

Сілемелі үтік

Түйінді шойын басқа «ағаларынан» түбегейлі ерекшеленеді, оның құрамында түйінді графит бар. Оны сұйық қорытпаға арнайы модификаторларды (Mg, Ce) енгізу арқылы алады. Графит қосындыларының саны және олардың сызықтық өлшемдері әртүрлі болуы мүмкін.

Сфероидты графиттің қандай пайдасы бар? Мұндай пішіннің металл негізін аздап әлсіретуі, ол өз кезегінде перлиттік, ферритті немесе перлиттік-ферритті болуы мүмкін.

Термиялық өңдеу немесе легірлеуді қолданудың арқасында шойын негізі акцикулярлы-трооститтік, мартенситтік, аустениттік болуы мүмкін.

Иілгіш шойынның сорттары әртүрлі, бірақ жалпы алғанда оның белгіленуі келесідей: VCh 40-5. HF жоғары берік шойын екенін болжау оңай, 40 саны көрсеткішсозылу беріктігі (кгс/мм2), 5 саны ұзаруға қатысты, пайызбен көрсетілген.

Сілемелі үтік

Созылғыш шойынның құрылымы оның құрамында қабыршақты немесе шар тәрізді графиттің болуы. Бұл ретте қабыршақты графиттің әртүрлі жұқалығы мен жинақылығы болуы мүмкін, бұл өз кезегінде шойынның механикалық қасиеттеріне тікелей әсер етеді.

Өнеркәсіптік иілгіш шойын көбіне ферритті негізбен өндіріледі, ол үлкен икемділік береді.

Ферритті созылғыш шойынның сыну көрінісі қара барқыт тәрізді болып келеді. Құрылымдағы перлит мөлшері неғұрлым көп болса, сынық соғұрлым жеңіл болады.

Жалпы, икемді шойын 800-950 градус Цельсий температурасына дейін қыздырылған пештерде ұзақ уақыт бойы шыдау нәтижесінде ақ шойын құймаларынан алынады.

Бүгінде иілгіш шойын жасаудың екі жолы бар: еуропалық және американдық.

Американдық әдіс қорытпаны 800-850 градус температурада құмға салу. Бұл процесте графит ең таза темірдің түйіршіктерінің арасында орналасады. Нәтижесінде шойын тұтқыр болады.

Еуропалық әдісте құймалар темір рудасында тозып жатыр. Бір мезгілде температура шамамен 850-950 градус Цельсий. Көміртек темір рудасына өтеді, соның арқасында құймалардың беткі қабаты көміртексізденеді және жұмсақ болады. Шойын иілгіш болады, ал өзегі сынғыш болып қалады.

Иілгіш темірдің таңбалануы: KCh 40-6, мұнда KCh, әрине, соғылғыш темір; 40 - созуға төзімділік көрсеткіші;6 – ұзарту, %.

Басқа көрсеткіштер

Шойындарды беріктігі бойынша бөлуге келетін болсақ, мұнда келесі классификация қолданылады:

• Типтік беріктігі: σv 20 кг/мм дейін2.
• Жоғартылған беріктік: σv=20 - 38 кг/мм2.
• Жоғары беріктік: σv=40 кг/мм2 және одан жоғары.

Иілгіштігі бойынша шойындар бөлінеді:

• Икемсіз - ұзарту 1%-дан аз.
• Төмен пластик - 1%-дан 5% дейін.
• Пластик - 5% - 10%.
• Икемділіктің жоғарылауы - 10%-дан астам.

Қорытындылай келе, кез келген шойынның қасиеттеріне тіпті құйманың пішіні мен табиғаты да айтарлықтай әсер ететінін атап өткім келеді.