флагман современной отечественной индустрии Фрикционных и Фильтровальных Материалов

Исходное чистое железо имеет слишком мягкую структуру и является очень реакционным, что делает его непригодным для практического использования. Большинство изделий, которые мы используем в повседневной жизни и называем «железом», на самом деле являются сплавами железа с другими элементами, особенно углеродом. Смешивая железо с другими компонентами, особенно углеродом, мы получаем более прочные и эластичные металлические формы, такие как сталь.

Общий термин «сталь» означает сплав железа с содержанием углерода примерно до 2 процентов, в то время как другие типы железа содержат около 2-4 процентов углерода. На самом деле, существует множество различных видов чугуна и стали, каждый из них содержит разные примеси других легирующих элементов.

Необработанная форма железа, получаемая в результате первичной обработки, называется чугуном для передавливания. Он производится в виде массивных блоков, известных как чушки. Чугун получают путем нагревания железной руды, богатой оксидами железа, в специальной промышленной печи, известной как доменная печь. Внутри печи происходит химическая реакция между железной рудой, коксом (угольным материалом с высоким содержанием углерода) и известняком. В результате этой реакции кокс обладает способностью отбирать укислород из железных оксидов, что приводит к образованию относительно чистой жидкой формы железа, а известняк помогает удалить примеси и вредные элементы из руды, образуя шлаковую массу, называемую шлаком. Химический состав полученного чугуна зависит от используемой руды и включает примерно от 90 до 95 процентов железа, 3-4 процента углерода и следы других элементов, таких как кремний, марганец и фосфор. Чугун гораздо прочнее 100-процентного железа, однако все же слишком хрупкий для многих повседневных нужд.

Чугун представляет собой жидкое железо, заливаемое в специальную форму и остужаемое, чтобы получить готовую конструкцию, такую как труба, шестерня или большая балка для использования, например, в железном мосту. Высокое содержание углерода (примерно 2-4 процента) делает чугун очень твердым и хрупким в своей структуре. Крупные кристаллы углерода, содержащиеся в чугуне, препятствуют перемещению кристаллов железа. Чугун имеет два больших недостатка: во-первых, поскольку он твердый и хрупкий, ему практически невозможно придать форму даже при нагревании; во-вторых, он относительно легко ржавеет. Стоит отметить, что на самом деле существует несколько различных типов чугуна, включая белый и серый чугуны (названные так из-за окраски готового изделия, вызванной тем, как ведет себя углерод внутри него).

Кованое железо приобретает свою окончательную форму в момент остывания жидкого сплава железа в соответствующей форме. Отличающийся от чугуна материал, кованое железо, получается путем смешивания жидкого железа с небольшим количеством остаточных отходов — шлака. Последствием такого процесса является сплав железа с гораздо меньшим содержанием углерода.

В связи с этим, кованое железо обладает более мягкими свойствами по сравнению с чугуном и менее прочно, что позволяет относительно легко придавать ему нужную форму при нагревании. Более того, этот материал обладает меньшей склонностью к коррозии. Однако в настоящее время производство кованого железа относительно незначительно, поскольку большинство изделий, исходно создаваемых из него, в настоящее время изготавливаются из стали, которая является более доступной по цене и, как правило, обладает более стабильным качеством. Кованое железо является предшественником стали и использовалось людьми до того, как производство стали в больших объемах было широко освоено в середине 19 века.

Почему один вид чугуна или стали более твердый или мягкий, чем другой?

Если проследить за обсуждением железа и стали, можно заметить, что разные типы этих материалов ведут себя практически как два совершенно разных вещества в разных условиях. Чем отличается один вид железа или стали от другого? Почему некоторые из них очень твердые и хрупкие, а другие относительно мягкие и податливые (легко поддаются обработке)? Когда мы рассматриваем внутреннюю структуру железа или стали с помощью электронного микроскопа, мы видим, что ответ зависит от количества содержащегося в них углерода и его распределения. Железо и сталь состоят из зерен, составленных из разных видов железа и углерода, некоторые из которых твердые, а другие – мягкие. Когда преобладают твердые сорта, материал становится твердым и хрупким; а когда в нем присутствуют также и более мягкие сорта, материал может быть гибким, что облегчает его обработку и придание ему нужной формы.

В чугуне и стали содержатся различные соединения, включая одни или все из следующих:

  • Феррит: относительно чистое железо с небольшим содержанием углерода, мягкое и деформируемое. Феррит придает железу его магнитные свойства.
  • Цементит (карбид железа): железо содержит гораздо больше количества углерода (иногда с дополнительными элементами), что делает его очень твердым и хрупким, практически как керамические материалы.
  • Графит: кристаллы чистого углерода, которые делают железные сплавы твердыми и хрупкими.
  • Перлит: смесь из чередующихся слоев феррита и цементита, под микроскопом напоминающих перламутр (отсюда и название «перлит»).
  • Аустенит: сплав железа и углерода, содержащийся в нагретой до высоких температур стали.
  • Мартенсит: очень твердый материал, похожий на феррит.

Разные типы чугуна и стали содержат разные пропорции и расположение этих компонентов в их кристаллической структуре. Получение сплавов железа и стали различными методами изменяет относительное количество компонентов и влияет на их свойства. Обработка стали разными способами после производства изменяет ее физические свойства, включая внутреннюю кристаллическую структуру. Например, термическая обработка стали приводит к превращению аустенита в мартенсит, что значительно повышает прочность ее внутренней структуры.

На нашем сайте представлены ФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ для разных сфер применения, ознакомиться с ассортиментом можно ПО ССЫЛКЕ.