Виды чугунов и их применение

ПРОДУКТЫ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

В доменных печах получают два жидких продукта - чугун и шлак, а также доменный (колошниковый) газ.

Чугун - основной продукт доменной плавки. В доменных печах получают чугун различного химического состава в зависимости от его назначения.

Передельный чугун выплавляют для передела его в сталь в конвертерах или мартеновских печах. Он содержит 4,0…4,4 % С; до 0,6…0,8 % Si; до 0,25 … 1,0 % Мn; 0,15 … 0,3 % Р и 0,03 … 0,07 % S. Передельный чугун некоторых марок, предназ­наченный для передела в сталь в конвертерах, имеет пониженное содержание фосфора (до 0,07 %).

Литейный чугун используют для переплава его на ма­шиностроительных заводах при производстве фасонных отливок. Он содержит повышенное количество кремния (до 2,75 … 3,25 %). Кроме чугуна, в доменной печи выплавляют ферросплавы.

Доменные ферросплавы - сплавы железа с крем­нием, марганцем и другими металлами. Их применяют для рас­кисления и легирования стали. К ним относятся: доменный ферросилиций с 9…13 % Si и до 3 % Мn; доменный ферромарганец с 70… 75 % Мn и до 2 % Si; зеркальный чугун с 10 … 25 % Мn и до 2 % Si. В последние годы ферросплавы в ДП практически не выплавляют, т.к. это экономически не выгодно (слишком высокий расход кокса при невысокой производительности печи и ряд других проблем).

Более подробно свойства чугуна и его использование будут рассмотрены далее (см. раздел – Виды чугунов и их применение).

Побочные продукты.

Доменный шлак обычно гранулируют непосредственно у печи (установка припечной грануляции шлака) или вывозят в отвалы для дальнейшей переработки и использования. Шлак используют в дорожном строительстве (основание для дорог), на других объектах строительства. Из шлака также производят шлаковату, шлакоблоки, цемент.

Колошниковый газ после очистки от пыли используют как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь, а также для производства электроэнергии для собственных нужд.

12.1. Диаграмма состояния «железо-углерод», основные компоненты и свойства сплавов железа с углеродом (чугун, сталь)

Структура и свойства важнейших для техники сплавов железа и углерода, к которым относятся стали и чугуны, определяются в основном свойствами этих компонентов. На свойства стали и чугуна оказывают также влияние всегда присутствующие в них кремний, марганец, сера, фосфор, а также газы — кислород, азот, водород и др. Однако условно сплавы Fe—С относят к двухкомпонентным, так как наличие указанных примесей не оказывает существенного влияния на положение критических точек и характер линий диаграммы состояния Fe—С. Эта диаграмма, являющаяся сложным сочетанием диаграмм I, III, IV типов, дает возможность видеть все изменения строения сплавов в зависимости от изменения температуры и концентрации компонентов, которые образуют разные структуры. В твердом состоянии железо существует в двух аллотропных формах — a и g. Обе модификации железа растворяют углерод, образуя твердые растворы внедрения. Углерод в сплавах с железом присутствует либо в виде графита, либо в качестве химического соединения Fe₃C (данный карбид железа в сплавах носит название «цементит»). В определенных условиях химическое соединение (цементит) может не образовываться, что зависит от содержания примесей (Si, Мп и др.), а также от скорости охлаждения слитков или отливок. Тогда углерод выделяется в сплавах в виде графита. Таким образом, ординаты диаграммы соответствуют чистым компонентам сплава (железо и цементит), а между ними располагаются точки, соответствующие разным комбинациям в сплаве железа с углеродом от 0 до 6,67 %. При этом в сплавах могут образовываться следующие структурные составляющие: феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит и др.

Феррит — твердый раствор внедрения углерода в a-железе. Это почти чистое железо, так как растворимость углерода в железе чрезвычайно мала (0,006...0,03 %). Феррит устойчив до температуры 911 °С, имеет очень небольшие твердость и прочность, но высокую пластичность, поэтому хорошо деформируется в холодном состоянии (штампуется, прокатывается, протягивается). Чем больше феррита в железоуглеродистом сплаве, тем сплав пластичнее.

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в у-железе. Предельная растворимость углерода в железе — 2,14 %. Характерная особенность аустенита в том, что он может существовать в железоуглеродистых сплавах только при высоких температурах (от 1539 до 727 °С). Аустенит по пластичности соизмерим с ферритом, но по твердости превосходит его примерно в 2 раза.

Цементит — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe₃C), имеющее сложную кристаллическую решетку. Температура плавления цементита около 1600 °С. Содержание углерода в цементите составляет 6,67 %, и это самая твердая и хрупкая структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Цементит имеет высокую твердость и не обладает пластичностью. Чем больше цементита в железоуглеродистых сплавах, тем они тверже и более хрупки.

При определенных условиях цементит может распадаться на феррит и свободный углерод (графит).

Перлит — механическая смесь феррита и цементита, подразделяется на пластинчатый и зернистый в зависимости от формы кристаллов цементита, имеющих вид соответственно либо пластинок, либо округлых мелких зерен. Такую смесь называют эвтектоидной, так как она хотя и подобна эвтектической, но образовалась в отличие от нее не при кристаллизации, а в процессе распада твердого раствора.

По механическим свойствам перлит занимает промежуточное положение между ферритом и цементитом. При травлении шлифов сталей и чугунов с большим содержанием перлита в структуре их поверхность имеет вид перламутра, что и явилось основанием для его названия.

Ледебурит — эвтектическая смесь аустенита и цементита. Температура образования ледебурита 1147 °С. Он может существовать до температуры 727 °С, ниже этой температуры аустенит распадается на перлит и цементит.

Диаграмма состояния сплавов Fe—С в диапазоне концентраций от чистого железа до цементита представлена на рис. По вертикальной оси диаграммы отложены значения температуры, а по горизонтали — процентное содержание углерода в сплавах. Обычно указываются две шкалы: одна — доля углерода от 0 до 6,67 %, где 6,67 — наибольшее содержание углерода, соответствующее его содержанию в цементите (Fe₃C), а другая — содержание Fe₃C в сплаве (от 0 до 100 %).

Дата добавления: 2014-10-22