Біметал

Залізо

Залізо(сталь) – найдешевший та найдоступніший метал, що має високу механічну міцність. Але чисте залізо має значно більший, порівняно з міддю і алюмінієм, питомий опір (ρ); значення ρ сталі (тобто заліза з домішками вуглецю і інших елементів) – ще вище.

Залежність питомого опору від температури для чистого заліза (1), листової електротехнічної сталі з вмістом 4% кремнію (2) і сплаву Fe-Ni-Cr (3).

М’яка сталь (із вмістом вуглецю 0.10÷0.15%) має високу міцність. Її використовують для проводів повітряних ліній при передачі невеликих потужностей (це досить ефективно, оскільки при малій силі струму переріз проводу визначається не електронним опором, а його механічною міцністю).

Сталь як провідник використовується у вигляді рельсів трамваїв, електричних залізних доріг і т.д.

Сталь має малу стійкість до корозії (швидко ржавіє навіть при нормальній температурі, а особливо при підвищеній вологості повітря), тому стальні проводи покривають більш стійким матеріалом – цинком (наприклад).

Сплави заліза з вуглецем

Залізо використовується головним чином у сплавах, насамперед у сплавах з вуглецем — різних чавунах і сталях. У чавуні зміст вуглецю вище 2,14 % по масі (звичайно — на рівні 3,5-4%), у сталях зміст вуглецю більш низьке (звичайно на рівні 0.8-1 %).

Чавун одержують у домнах. Домна являє собою гігантський (висотою до 30-40 м) усічений конус, порожній усередині. Стінки домни зсередини выложены вогнетривкою цеглою, товщина кладки складає кілька метрів. Зверху в домну вагонетками завантажують збагачену (звільнену від порожньої породи) залізну руду, восстановитель кокс (кам'яне вугілля спеціальних сортів, підданий коксуванню — нагріванню при температурі близько 1000°C без доступу повітря), а також плавильні матеріали (вапняк і інші), що сприяють відділенню від виплавлюваного металу домішок — шлаку. Знизу в домну подають дуття (чистий кисень або повітря, збагачений киснем). У міру того, як завантажені в домну матеріали опускаються, їхня температура піднімається до 1200-1300°C. У результаті реакцій відновлення, що протікають головним чином за участю коксу С и З:

Fe2O3+ 3C = 2Fe + 3CO;

Fe2O3+ 3З = 2Fe + 3CO2

виникає металеве залізо, що насичується вуглецем і стікає вниз.

Цей розплав періодично випускають з домни через спеціальний отвір — клітку — і дають розплавові застигти в спеціальних формах. Чавун буває білий, так називаний передільний (його використовують для одержання стали) і сірий, або литьевой. Білий чавун — це твердий розчин вуглецю в залозі. У мікроструктурі сірого чавуна можна розрізнити мікрокристалики графіту. Через наявність графіту сірий чавун залишає слід на білому папері.

Чавун тендітний, при ударі він колеться, тому з нього не можна виготовляти пружини, ресори, будь-які вироби, що повинні працювати на вигин.

Твердий чавун легше розплавленого, так що при його затвердінні відбувається не стиск (як звичайно при затвердінні металів і сплавів), а розширення. Ця особливість дозволяє виготовляти з чавуна різні виливки, у тому числі використовувати його як матеріал для художнього лиття.

Якщо зміст вуглецю в чавуні знизити до 1,0-1,5%, то утвориться сталь. Стали бувають вуглецевими (у таких сталях немає інших компонентів, крім Fe і C) і легованими (такі сталі містять добавки хрому, нікелю, молібдену, кобальту й інших металів, що поліпшують механічні й інші властивості стали).

Стали одержують, переробляючи чавун і металевий брухт у кисневому конвертері, в електродуговій або мартенівській печах. При такій переробці знижується зміст вуглецю в сплаві до необхідного рівня, як говорять, надлишковий вуглець вигорає.

Фізичні властивості стали істотно відрізняються від властивостей чавуна: сталь пружна, її можна кувати, прокочувати. Тому що сталь, на відміну від чавуна, при затвердінні стискується, те отримані сталеві виливки піддають обтисненню на прокатних станах. Після прокатки в обсязі металу зникають порожнечі і раковини, що з'явилися при затвердінні розплавів.

Виробництво сталей має в Росії давні глибокі традиції, і отримані нашими металургами стали відрізняються високою якістю.

Застосування заліза, його сплавів і з'єднань

Чисте залізо має досить обмежене застосування. Його використовують при виготовленні сердечників електромагнітів, як каталізатор хімічних процесів, для деяких інших цілей. Але сплави заліза — чавун і сталь — складають основу сучасної техніки. Знаходять широке застосування і багато з'єднань заліза.

Біметал – це сталь, покрита зверху шаром міді, причому обидва метали з’єднані один з одним неперервно по усій поверхні дотику.

Біметал має механічні і електричні властивості проміжні між властивостями однорідного мідного чи сталевого провідника того ж перерізу: міцність біметалу більша, ніж міді, але електропровідність – менша. Біметалеві проволки використовуються для ліній зв’язку та ліній електропередач. Із провідникового біметалу виготовляють шини для розподільчих пристроїв, полоти для рубильників і різні струмопровідні частини електричних апаратів.

Дата добавления: 2014-01-06