Общие сведения. Лабораторная работа

Лабораторная работа

УГЛЕРОДИСТЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

Общие сведения

Эпохи человеческой истории называются, по главным материалам, из которых изготовляются орудия труда. Если следовать этой традиции, то наше время надо по-прежнему именовать железным веком. На основе железа и ныне изготовляется не менее 90% всех конструкционных материалов. Вот почему, переходя от общих вопросов металловедения к разговору об отдельных металлах, мы начинаем именно с железа – одного из фундаментов цивилизации.

У древних египтян железо называлось “вааепере”, что означает “небесного происхождения”. Просто первым железом, с которым познакомился человек, было метеоритное. Изделия из небесного железа изготовлялись ещё в незапамятные времена. Выплавлять же его из руд люди научились много позже: ведь не сразу удалось достичь температуры, при которой оно плавится (1539ºС).

Были времена, когда железо ценилось дороже золота. Так, в “Географии” древнегреческого географа и историка Страбона говорится, что некоторые африканские народы за железо давали в десять раз больше золота по весу. В “Одиссее” Гомера рассказывается, что победителю игр в награду вручали кусок золота и кусок железа.

Железные орудия позволили во много раз повысить производительность труда земледельца. Без них было бы невозможно и развитие ремесел. Триумфальное шествие этого металла началось в XIX столетии. В самом деле, если в 1800 году во всём мире выплавка железа не достигала и полумиллиона тонн, то к концу XIX века она уже составляла около 3,5 млн. т в год.

Железо сегодня – это гидроэлектростанции и опоры линий электропередач, каркасы зданий и кружева мостов. Это трубопроводы для воды, нефти, газа. Это автомобили, тракторы и железные дороги. Это сердцевина всей индустрии – металлообрабатывающие станки, без которых не построишь ни автомобиля, ни телевизора, ни космического корабля.

Но железо сегодня – это и броня танков, и стволы артиллерийских орудий, винтовок и автоматов. Это атомные подводные лодки, самолёты и ракеты. Это снаряды, мины, бомбы и множество других орудий разрушения и смерти.

Не только экономическая, но и военная мощь страны определяется в первую очередь количеством выплавляемого железа – этого главного материала современности.

Железа на Земле очень много. Это второй после алюминия по распространённости металл. В земной коре его не менее 775000000 млрд.т.

Чистое железо серебристо-белого цвета. Это вязкий и ковкий металл. Он так мягок и так хорошо прокатывается, что из него можно готовить, например, листы тоньше папиросной бумаги. Плавится железо, как мы уже говорили, при 1539ºС, а кипит при температуре около 3200ºС.

Чистое железо, подобно золоту, не окисляется на воздухе. Однако оно непрочно. Все изделия, которые называются обычно железными, на самом деле изготовлены из стали или чугуна, то есть из сплавов железа с углеродом.

Мы уже знаем, что чистое железо так мягко, что не годится не только для изготовления машин, механизмов, мостов или каркасов зданий, но и для крыш. Конструкционным материалом его делает добавка… сажа. Мягкая сажа или древесный уголь могут превратить мягкое железо в твёрдые сталь и чугун. Однако в современной металлургии по целому ряду причин для этой цели используется кокс.

1. Чёрные металлы

К черным металлам относят железо и его сплавы (сталь, чугун, фер­росплавы). Все остальные металлы и сплавы составляют группу цвет­ных металлов.

Наибольшее распространение в технике получили черные металлы. На их долю приходится свыше 90% производимой металлопродукции. Это обусловлено большими запасами железных руд в земной коре, срав­нительно простой технологией выплавки чугунов и сталей, их высокой конструктивной прочностью (прежде всего сталей) и относительно не­большой стоимостью.

Сталь — железоуглеродистый сплав, в котором углерода содержится от 0,02 до 2,14%. Сплав с меньшей концентрацией углерода называется техническим железом.

Стали присущи свойства, делающие ее незаменимым материалом в машиностроении. Сталь обладает высокой прочностью и твердостью, достаточной пластичностью и вязкостью, хорошей свариваемостью. Ее можно обрабатывать резанием и давлением, отливать. Путем легирова­ния и специальной обработки (термической, химико-термической, тер­момеханической и др.) стали можно придать нужные свойства, удовлетворяющие самым разнообразным требованиям современной техники.

Чугун — железоуглеродистый сплав с содержанием углерода свыше 2,14%. В технике наибольшее применение получили чугуны, содержа­щие от 2,4 до 3,8% углерода.

Чугун дешевле стали, он более хрупок, хуже сваривается, но облада­ет лучшими литейными свойствами и лучшей обрабатываемостью реза­нием. Изделия из чугуна получают исключительно литьем. Однако прокатка чугуна также принципиально возможна. Большая часть чугу­на идет на переплавку в сталь.

Цветные металлы применяются в технике реже, чем черные. Это объ­ясняется незначительным содержанием многих цветных металлов в зем­ной коре, сложностью процесса их выплавки из руд, недостаточной прочностью. Цветные металлы дороже черных, и, когда это возможно, их заменяют черными металлами, пластмассами и другими более дешевыми.

Дата добавления: 2015-07-08