حديد الدكتايل: الخصائص والعلامات والنطاق

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 13:49

الحديد الزهر سبيكة صلبة ، مقاومة للتآكل ، لكن هشة من الحديد والكربون مع محتوى كربوني C يتراوح من 2.14 إلى 6.67٪. على الرغم من وجود أوجه قصور مميزة ، إلا أنه يحتوي على أنواع وخصائص وتطبيقات متنوعة. يستخدم حديد الدكتايل على نطاق واسع.

التاريخ

هذه المادة معروفة منذ القرن الرابع قبل الميلاد. ه. تعود جذورها الصينية إلى القرن السادس. قبل الميلاد ه. في أوروبا ، يعود أول ذكر للإنتاج الصناعي للسبائك إلى القرن الرابع عشر ، وفي روسيا - إلى القرن السادس عشر. لكن تكنولوجيا إنتاج حديد الدكتايل حصلت على براءة اختراع في روسيا في القرن التاسع عشر. تم تطويره لاحقًا بواسطة A. D. Nosov.

نظرًا لأن مكاوي الصب الرمادية محدودة الاستخدام بسبب الخواص الميكانيكية المنخفضة ، كما أن الفولاذ غالي الثمن وله صلابة ومتانة منخفضة ، فقد نشأ السؤال حول إنشاء معدن صلب ومتين وموثوق ، وفي نفس الوقت يتمتع بقوة متزايدة ودونة معينة.

تشكيل الحديد الزهر غير ممكن ، ولكن نظرًا لخصائصه المطيلة ، فإنه يفسح المجال لبعض أنواع العلاج بالضغط (على سبيل المثال ، الختم).

الإنتاج

الطريقة الرئيسية -الصهر في أفران الصهر.

المادة الأولية لمعالجة الفرن العالي:

• دفعة - خام الحديد الذي يحتوي على معدن على شكل أكاسيد الحديد.
• الوقود - فحم الكوك والغاز الطبيعي.
• أكسجين - يحقن برماح خاصة.
• التدفقات هي تكوينات كيميائية تعتمد على المنغنيز و (أو) السيليكون.

مراحل الفرن:

1. استعادة الحديد النقي بالتفاعلات الكيميائية لخام الحديد مع الأكسجين المزود من خلال الرماح.
2. احتراق فحم الكوك وتكوين أكاسيد الكربون
3. كربنة الحديد النقي في التفاعلات مع CO و CO_2.
4. تشبع Fe_{3C بالمنغنيز والسيليكون ، اعتمادًا على خصائص الإخراج المطلوبة.}
5. تصريف المعدن النهائي في قوالب من خلال فتحات من الحديد الزهر ؛ تصريف الخبث من خلال ثقوب الخبث.

في نهاية دورة العمل ، تستقبل الأفران العالية غازات الحديد والخبث وغازات أفران الصهر.

المنتجات المعدنية فرن الانفجار

اعتمادًا على معدل التبريد ، والبنية المجهرية ، والتشبع بالكربون والمواد المضافة ، يمكن الحصول على عدة أنواع من الحديد الزهر:

1. المشتراة (أبيض): الكربون المستعبدين ، السمنتيت الأولي. يتم استخدامها كمواد خام لصهر سبائك الحديد والكربون الأخرى ومعالجتها. إنتاج ما يصل إلى 80٪ من جميع سبائك الفرن العالي.
2. مسبك (رمادي): كربون على شكل جرافيت خالٍ كليًا أو جزئيًا ، أي ألواحه. تستخدم لإنتاج أجزاء الجسم منخفضة المسؤولية. ما يصل إلى 19٪ من مصبوبات أفران الصهر المنتجة.
3. خاص: غني بالسبائك الحديدية. 1-2٪ من نوع الإنتاج المدروس.

يتم الحصول على حديد الدكتايل عن طريق المعالجة الحرارية للحديد الخام.

نظرية الهياكل الكربونية الحديدية

يمكن أن يشكل الكربون مع الحديد عدة أنواع مختلفة من السبائك وفقًا لنوع الشبكة البلورية ، والتي يتم عرضها على خيار البنية المجهرية.

1. تغلغل المحلول الصلب في حديد ألفا - الفريت.
2. اختراق المحلول الصلب في γ-iron - الأوستينيت.
3. التكوين الكيميائي Fe_{3C (حالة مرتبطة) - سمنتيت. يتكون الأولية عن طريق التبريد السريع من ذوبان سائل. ثانوي - انخفاض أبطأ في درجة الحرارة ، من الأوستينيت. الثالث - التبريد التدريجي من الفريت}
4. خليط ميكانيكي من حبيبات الفريت و الأسمنت - البيرلايت.
5. خليط ميكانيكي من حبيبات البيرلايت أو الأوستينيت و الأسمنت - ليدبوريت.

المكاوي لها بنية مجهرية خاصة. يمكن أن يكون الجرافيت في شكل مرتبط ويشكل الهياكل المذكورة أعلاه ، أو يمكن أن يكون في حالة حرة في شكل شوائب مختلفة. تتأثر الخصائص بكل من الحبوب الرئيسية وهذه التكوينات. كسور الجرافيت في المعدن عبارة عن صفائح أو رقائق أو كرات.

الشكل الرقائقي هو سمة من سمات سبائك الحديد والكربون الرمادي. يجعلها هشة وغير موثوقة

شوائب تشبه القشرة لها مكاوي زهر مرنة ، والتي لها تأثير إيجابي على أدائها الميكانيكي.

الهيكل الكروي للجرافيت هو أكثر من ذلكيحسن جودة المعدن ، مما يؤثر على زيادة الصلابة والموثوقية والتعرض لأحمال كبيرة. يتميز الحديد الزهر عالي القوة بهذه الخصائص. يحدد الحديد الزهر القابل للطرق خصائصه من خلال قواعد من الحديد أو البرليت مع وجود شوائب من الجرافيت غير المستقرة.

إنتاج حديد الدكتايل

يتم إنتاجه من سبيكة منخفضة الكربون منخفضة الكربون عن طريق التلدين للسبائك ذات المحتوى الكربوني من 2.4 إلى 2.8٪ ووجود المواد المضافة المقابلة لها (Mn ، Si ، S ، P). يجب ألا يزيد سمك جدران الأجزاء الملدنة عن 5 سم. بالنسبة للمسبوكات ذات السماكة الكبيرة ، يكون للجرافيت شكل ألواح ولا تتحقق الخصائص المطلوبة.

للحصول على حديد الدكتايل بقاعدة حديدية ، يوضع المعدن في صناديق خاصة ويرش بالرمل. توضع الحاويات المغلقة بإحكام في أفران التدفئة. قم بتنفيذ التسلسل التالي من الإجراءات أثناء التلدين:

1. يتم تسخين الهياكل في أفران لدرجة حرارة 1000 درجة مئوية وتترك لتقف في درجة حرارة ثابتة لمدة 10 إلى 24 ساعة. نتيجة لذلك ، يتفكك السمنتيت الأولي وبوريت الرصاص.
2. يتم تبريد المعدن إلى 720 درجة مئوية مع الفرن.
3. عند درجة حرارة 720 درجة مئوية ، يتم الاحتفاظ بها لفترة طويلة: من 15 إلى 30 ساعة. تضمن درجة الحرارة هذه تحلل السمنتيت الثانوي.
4. في المرحلة النهائية ، يتم تبريدها مرة أخرى مع موقد العمل إلى 500 درجة مئوية ، ثم يتم إزالتها في الهواء.

هذا التلدين التكنولوجي يسمى الرسم البياني.

بعد الانتهاء من العمل ، تكون البنية المجهرية للمادةالفريت مع حبيبات الجرافيت قشاري. يسمى هذا النوع "أسود القلب" لأن الفاصل أسود.

إنتاج حديد الدكتايل

هذا نوع من سبائك الحديد والكربون ، والذي ينشأ أيضًا من الأبيض تحت الجلد ، ولكن محتوى الكربون فيه يزداد: 3-3.6٪. للحصول على مصبوبات بقاعدة من البرليت ، توضع في صناديق وتُرش بمسحوق خام أو مقياس. عملية التلدين نفسها مبسطة.

1. يتم زيادة درجة حرارة المعدن إلى 1000 درجة مئوية ، ويتم الاحتفاظ بها لمدة 60-100 ساعة.
2. تصاميم رائعة بالفرن

بسبب الكسل تحت تأثير الحرارة ، يحدث الانتشار في البيئة المعدنية: الجرافيت المنطلق في تحلل السمنتيت يترك جزئيًا الطبقة السطحية للأجزاء الملدنة ، ويستقر على سطح الخام أو المقياس. يتم الحصول على طبقة علوية أكثر نعومة وأكثر ليونة ودكتايل من حديد الدكتايل "أبيض القلب" مع مركز صلب.

يسمى هذا التلدين غير مكتمل. إنه يضمن تفكك السمنتيت والبوريت إلى البيرلايت الرقائقي مع الجرافيت المقابل. إذا كانت هناك حاجة إلى حديد الدكتايل الحبيبي مع قوة تأثير عالية وليونة ، يتم تطبيق تسخين إضافي للمادة حتى 720 درجة مئوية. ينتج عن هذا تكوين حبيبات اللؤلؤ مع شوائب من الجرافيت غير المستقر.

خصائص وعلامات وتطبيقات حديد الدكتايل الفريتي

يؤدي "التآكل" الطويل للمعدن في الفرن إلى التحلل الكامل للأسمنت ولديبوريت إلى حديدي. شكرا لالحيل التكنولوجية ، يتم الحصول على سبيكة ذات محتوى عالٍ من الكربون - هيكل حديدي مميز للفولاذ منخفض الكربون. ومع ذلك ، فإن الكربون نفسه لا يختفي في أي مكان - إنه ينتقل من حالة مرتبطة بالحديد إلى حالة حرة. يغير تأثير درجة الحرارة شكل شوائب الجرافيت إلى قشاري.

هيكل من الحديد يسبب انخفاض في الصلابة ، وزيادة في قيم القوة ، ووجود خصائص مثل قوة التأثير والليونة.

تعليم مكاوي الدكتايل من فئة الحديد: KCh30-6 ، KCh33-8 ، KCh35-10 ، KCh37-12 ، حيث:

KCh - تسمية متنوعة - مرن ؛

30 ، 33 ، 35 ، 37: σ_v، 300 ، 330 ، 350 ، 370 نيوتن / مم^{2- الحد الأقصى للحمل أنه يمكنه الصمود دون الانهيار ؛}

6، 8، 10، 12 - الاستطالة النسبية ، ،٪ - مؤشر الليونة (كلما زادت القيمة ، زادت إمكانية معالجة المعدن بالضغط).

صلابة - حوالي 100-160 هكتار.

هذه المادة ، من حيث أدائها ، تحتل موقعًا متوسطًا بين الفولاذ وسبائك الحديد والكربون الرمادي. يعتبر الحديد الزهر المطيل ذو القاعدة الحديدية أدنى من البرليت من حيث مقاومة التآكل والتآكل وقوة التعب ، ولكنه أعلى من حيث التحمل الميكانيكي والليونة وخصائص الصب. نظرًا لسعره المنخفض ، فإنه يستخدم على نطاق واسع في الصناعة لتصنيع الأجزاء التي تعمل تحت أحمال منخفضة ومتوسطة: التروس ، وعلب المرافق ، والمحاور الخلفية ، والسباكة.

خصائص وعلامات وتطبيقات حديد الدكتايل اللولبي

بسبب التلدين غير المكتمل ، فإن الأسمنت الأولي والثانوي ولديبوريت لديهم الوقت ليذوبوا تمامًا في الأوستينيت ، والذي يتحول عند درجة حرارة 720 درجة مئوية إلى بيرليت. هذا الأخير عبارة عن خليط ميكانيكي من حبيبات الفريت والسمنتيت الثالث. في الواقع ، يبقى جزء من الكربون في شكل مرتبط ، ويحدد الهيكل ، ويتم "إطلاق" جزء منه في الجرافيت غير المستقر. في هذه الحالة ، يمكن أن يكون البيرلايت رقائقي أو حبيبي. وهكذا يتشكل حديد الدكتايل اللولبي. تعود خصائصه إلى هيكله المشبع والأكثر صلابة والأقل مرونة.

هذه ، بالمقارنة مع الحديد ، لديها خصائص مقاومة للتآكل أعلى ، ومقاومة للاهتراء ، وقوتها أعلى بكثير ، ولكنها أقل خصائص الصب والليونة. تزداد مرونة الإجهاد الميكانيكي بشكل سطحي ، مع الحفاظ على صلابة ولزوجة قلب المنتج.

وضع علامات على فئة بيرليت من الحديد الزهر المرن: KCh45-7 ، KCh50-5 ، KCh56-4 ، KCh60-3 ، KCh65-3 ، KCh70-2 ، KCh80-1 ، 5.

الرقم الأول هو تعيين القوة: 450 ، 500 ، 560 ، 600 ، 650 ، 700 و 800 نيوتن / مم2على التوالي.

ثانيًا - تعيين اللدونة: الاستطالة δ ،٪ - 7 ، 5 ، 4 ، 3 ، 3 ، 2 و 1 ، 5.

تم استخدام الحديد الزهر القابل للطرق من البرليت في الهندسة الميكانيكية والأجهزة للهياكل التي تعمل تحت أحمال ثقيلة - سواء كانت ثابتة أو ديناميكية: أعمدة الكامات ، أعمدة الكرنك ، أجزاء القابض ، المكابس ، قضبان التوصيل.

المعالجة الحرارية

يمكن إعادة المواد التي تم الحصول عليها نتيجة للمعالجة الحرارية ، أي التلدينأن تتعرض لتأثيرات درجة الحرارة. هدفهم الرئيسي هو زيادة القوة ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل والشيخوخة.

1. يستخدم التقسية للهياكل التي تتطلب صلابة وصلابة عالية ؛ يتم إنتاجها عن طريق تسخين حتى 900 درجة مئوية ، ويتم تبريد الأجزاء بمعدل متوسط يبلغ حوالي 100 درجة مئوية / ثانية باستخدام زيت الماكينة. يتبعه تسخين عالي مع تسخين يصل إلى 650 درجة مئوية وتبريد بالهواء.
2. يتم استخدام التطبيع للأجزاء البسيطة متوسطة الحجم عن طريق التسخين في فرن إلى 900 درجة مئوية ، مع الاحتفاظ بهذه الحرارة لمدة 1 إلى 1.5 ساعة ثم التبريد في الهواء. يوفر البيرلايت الحبيبي التروستيت ، صلابة وموثوقية في الاحتكاك والتآكل. يتم استخدامه للحصول على حديد صب قابل للطرق ومضاد للاحتكاك مع قاعدة من اللؤلؤ.
3. التلدين يتكرر في تصنيع مانع الاحتكاك: تسخين - حتى 900 درجة مئوية ، عقد طويل الأمد عند هذه الحرارة ، تبريد مع الفرن. يتم توفير الهيكل الحديدي أو الفريتي لؤلؤي من حديد الدكتايل المقاوم للاحتكاك.

يمكن تسخين منتجات الحديد الزهر محليًا أو معًا. للاستخدام المحلي ، التيارات عالية التردد أو لهب الأسيتيلين (تصلب). للمجمع - أفران التدفئة. مع التسخين الموضعي ، يتم تقوية الطبقة العليا فقط ، بينما تزداد صلابتها وقوتها ، لكن اللدونة واللزوجة الأساسية تبقى.

من المهم الإشارة هنا إلى أن تشكيل الحديد الزهر مستحيل ليس فقط بسبب عدم كفاية الميكانيكيةالخصائص ، ولكن أيضًا بسبب حساسيتها العالية للانخفاض الحاد في درجة الحرارة ، وهو أمر لا مفر منه عند التصلب بتبريد الماء.

مكاوي الدكتايل المضادة للاحتكاك

ينطبق هذا التنوع على كل من الأنواع القابلة للطرق والمسبوكات ، فهي رمادية (ASF) وقابلة للطرق (ASC) وقوة عالية (ACS). يستخدم حديد الدكتايل لإنتاج ACHK ، والذي يتم تلدينه أو تطبيعه. تتم العمليات من أجل زيادة خواصها الميكانيكية وتشكيل خاصية جديدة - مقاومة التآكل أثناء الاحتكاك مع الأجزاء الأخرى.

ملحوظ: AChK-1 ، AChK-2. يتم استخدامه لإنتاج أعمدة الكرنك والتروس والمحامل.

تأثير المواد المضافة على الخصائص

بالإضافة إلى قاعدة الكربون الحديدي والجرافيت ، فهي تحتوي أيضًا على مكونات أخرى تحدد أيضًا خصائص الحديد الزهر: المنغنيز ، والسيليكون ، والفوسفور ، والكبريت ، وبعض عناصر صناعة السبائك.

يزيد المنجان من سيولة المعدن السائل ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل. يساعد على زيادة الصلابة والقوة ، وربط الكربون بالحديد في الصيغة الكيميائية Fe_{3C ، تكوين البيرلايت الحبيبي.}

للسيليكون أيضًا تأثير إيجابي على سيولة السبيكة السائلة ، ويعزز تحلل السمنتيت وإطلاق شوائب الجرافيت.

الكبريت عنصر سلبي ولكن لا مفر منه. يقلل من الخواص الميكانيكية والكيميائية ، ويحفز تكوين الشقوق. ومع ذلك ، فإن النسبة المنطقية لمحتواها مع العناصر الأخرى (على سبيل المثال ، مع المنغنيز) تسمح بذلكالعمليات المجهرية الصحيحة. لذلك ، عند نسبة Mn-S البالغة 0.8-1.2 ، يتم الحفاظ على البيرلايت في أي وقت تتأثر فيه درجات الحرارة. عند زيادة النسبة إلى 3 ، يصبح من الممكن الحصول على أي هيكل ضروري ، اعتمادًا على المعلمات المحددة.

الفوسفور يغير السيولة للأفضل ، ويؤثر على القوة ، ويقلل من قوة التأثير والليونة ، ويؤثر على مدة الرسم البياني.

الكروم والموليبدينوم يعيقان تكوين رقائق الجرافيت ، في بعض المحتويات يساهمون في تكوين البيرلايت الحبيبي.

التنغستن يحسن مقاومة التآكل في المناطق ذات درجات الحرارة العالية.

الألومنيوم والنيكل والنحاس تساهم في الرسم البياني

من خلال تعديل كمية العناصر الكيميائية التي تتكون منها سبيكة الحديد والكربون ، وكذلك نسبتها ، من الممكن التأثير على الخصائص النهائية للحديد الزهر.

مزايا وعيوب

حديد الدكتايل مادة تستخدم على نطاق واسع في الهندسة. مزاياه الرئيسية:

• صلابة عالية ، مقاومة التآكل ، القوة مع السيولة ؛
• خصائص المتانة والليونة العادية ؛
• قابلية التصنيع في التشكيل ، على عكس الحديد المصبوب الرمادي ؛
• خيارات متنوعة لتصحيح خصائص جزء معين من خلال طرق المعالجة الحرارية والكيميائية ؛
• تكلفة منخفضة.

العيوب تشمل الخصائص الفردية:

• هشاشة ؛
• وجود شوائب الجرافيت ؛
• أداء قص ضعيف
• وزن كبير من المسبوكات.

على الرغم من أوجه القصور الحالية ، يحتل حديد الدكتايل مكانة مسؤولة في علم المعادن والهندسة. أجزاء مهمة مثل أعمدة الكرنك وأجزاء وسادة الفرامل وعجلات التروس والمكابس وقضبان التوصيل مصنوعة منها. نظرًا لوجود تنوع ضئيل من الدرجات ، يحتل حديد الدكتايل مكانة فردية في الصناعة. استخدامه نموذجي لتلك الأحمال التي يكون فيها استخدام مواد أخرى غير مرجح.