Всі метали отримують з руд, що залягають в земній корі. В чис-те (самородному) вигляді добувають тільки платину і золото. Спочатку потрібно з руди видалити пусту породу, т. Е. Домішки різних мінералів. Процес збагачення руди можливий за допомогою води, так як руда важче порожньої породи і при подрібненні в потоці води легка порода виноситься, а руда залишається. Застосовують і дру-Гії способи збагачення руди: механічні, електромагнітні, фізико-хімічні. Для виділення металу з збагаченої руди використовують технологічні прийоми, засновані на відновлення процесів-ванні металу. Хорошим відновником служить вугілля, так як ато-ми вуглецю відносно легко віддають свої електрони.
Виділяються з домни гази, іменовані колошникових, со-тримають оксид вуглецю СО, тому як згорає паливо направляються для обігріву каналів кауперів домни і повітря в них, який потім надходить в доменну піч і підтримує в ній го-ширення коксу. Каупер складний з вогнетривкої цегли і ув'язнений в залізний кожух. Має нагрівається насадку.
Мал. 19.1. Схема роботи доменної печі
Запущена в дію доменна піч функціонує непрерив-но протягом декількох років. Руду, кокс і флюси періодично до-добавляють через верхній отвір (ведучий) печі. Також періоді-но проводиться випуск з неї чавуну і шлаку - через кожні 4 -6 ч. При цьому 99-99,8% заліза переходить в чавун і тільки 0,2-1,0% - в шлак. Крім вуглецю в складі чавуну присутні елементи кремнію, марганцю, сірки, фосфору та ін. За призначенням доменні чавуни поділяють на ливарний і передільний. Ливарний чавун переплавляють, і з нього відливають чавунні вироби. З пере-ділового чавуну отримують сталь. Він становить близько 90% всієї ви-плавки чавуну. У ньому міститься підвищена кількість вуглецю, 0,3-1,2% Si, 0,2-1,0% Мn, 0,2-1,0% Р, 0,02-0,07% S.
Білий чавун (переробний) містить весь вуглець в хімічно свя-занном стані у вигляді карбіду заліза, іменованого цементитом РезС. При нормальній температурі його структура складається з двох фаз: фериту і цементиту. Білим цей чавун називається тому, що в зламі він має матово-білий колір. Білий чавун має високу твер-дість і велику крихкість, внаслідок чого його неможливо обраба-ють ріжучим інструментом. Його застосовують, головним чином, для виплавки сталі, а також для отримання ковкого чавуну.
За формою графітових включень сірі чавуни поділяють на звичайний сірий з пластинчастим графітом, вермікулярним сірий, високоміцний і ковкий. За структурою металевої основи їх поділяють на феритний, ферритно-перлітний і перлітний.
Звичайний сірий чавун отримують повільним охолодженням жид-кого розплаву або аустеніту високовуглецевих сплавів. У ньому частки графіту мають пластинчасту форму. Залежно від ме-ханических властивостей і призначення сірий чавун з пластинчастим гра-Фітом поділяють на марки: СЧ-25, СЧ-30, СЧ-35, СЧ-40, СЧ-45 (цифри показують мінімальну межу міцності при розтягується-ванні, кгс / мм 2).
Вермікулярним сірий чавун отримують шляхом спеціальної плав-ки або обробки зі зміною форми графіту на волокнисту, червоподібну (вермікулярним), внаслідок чого цей чавун обла-дає кращі властивості в порівнянні зі звичайним сірим чавуном. Високо-випробувальний чавун містить кулястий графіт (рис. 19.2, а), одержуваний при виплавці з присадкою невеликого кількісних-ва магнію або церію. Завдяки кулястої формі графіту ін-ність при розтягуванні і вигині високоміцного чавуну значно вище, ніж звичайного сірого чавуну з пластинчастим графітом.
Високоміцний чавун поділяють на марки: ВЧ38-17, ВЧ42-12, ВЧ45-5, ВЧ50-2, ВЧ50-7, ВЧ70-2, ВЧ80-2, ВЧ100-2, ВЧ120-2. Букви ВЧ означають високоміцний чавун, перші числа за ними - міні-мінімальний межа міцності при розтягуванні (в кгс / мм 2), а подальші-щие числа - мінімальне відносне подовження (в%).
Мал. 19.2. Мікроструктура високоміцного ферритного чавуну з кулястим графітом (а) (х250) і ковкого ферритного чавуну з пластівчастим графітом (б) (х500)
Ковкий чавун містить пластівчастий графіт (рис. 19.2, б). Його отримують з білого чавуну шляхом графітізірующего відпалу (том-лення), при якому відбувається розпад цементиту. Пластівчастий графіт має майже равноосную компактну форму. Цей чавун поділяють на марки: КЧ3О-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ60-3, КЧ63-2. У позначення марки входять літери КЧ (ковкий чавун), потім число - мінімально допустима межа міцності при розтягуванні (кгс / мм 2), друге число - щодо відповідності-ве подовження (%).
Властивості сірих чавунів залежать від властивостей металевої осно-ви, виду і кількості графітних включень.
Графіт має низькі показники механічних властивостей, і вклю-чення його можна умовно розглядати як порожнечі і тріщини. Чим більше графіту, крупніше графітні включення, тим нижче ме-ханических властивості чавуну і особливо міцність при розтягуванні і вигині. Міцність при стисненні і твердість чавуну залежать в основ-ному від металевої основи і мало відрізняються від сталей.
У деяких випадках графітні включення корисні завдяки змащувати дії графіту. Такий чавун легше обробляє-ся різанням, ніж сталь, стружка стає ламкою, коли різець до-ходить до графітних включень.
Подібно до інших железоуглеродним сплавів, чавуни містять постійні домішки кремнію, марганцю, сірки і фосфору в великих кількостях, ніж в сталях. Ці домішки роблять значний вплив на графітизацію, структуру і властивості чавунів.
У чавуни часто вводять також мідь, алюміній, титан, хром, ні-кель. Ці елементи впливають на процес графітизації. Подібно сталей такі чавуни називають легованими.
Сірі чавуни застосовують при виготовленні опорних елементів для ферм, залізобетонних балок і колон, тюбінгів в метро, при виробництві багатьох інших будівельних конструкцій, а також знаходять широке застосування в деталях машин, що не піддаються великим розтягують напруженням і ударних навантажень.
Мал. 19.3. Конвертор для виплавки сталі з чавуну:
1 - чавун; 2 - підіймати; 3 - повітря; 4 - дуття; 5 - фурми для подачі повітря в ме-талл
1,7 - регенератори; 2 -расплавленние шлак і метал; 3 -завалочние вікна; 4 -робоче простір; 5 - звід; 6 - під
При виробництві стали часто додають в піч легованої-рующие речовини (метали), отримуючи спеціальні сорти стали з необхідними свій-ствами, наприклад хромоніке - ліву (нержавіючу) сталь і ін. Зміцнені нізколегі-рова стали, містять хром, нікель, марганець, крем -ний, випускають в якості масових технічних мате-ріалів, тоді як спеціальні сорти з підвищеною міцністю, жаростійкістю, корозійностійких і други-ми покращеними властивостями містять збільшену кількістю-ство легуючих компонентів. Нерідко в якості легуючого компонента виступає і залізо в сплавах на основі алюмінію, міді та інших металів.
Мал. 19.5. Схема електричної печі для виплавки спеціальних сталей
Мал. 19.6. Крива охолодження заліза
Велике значення для практики має властивість модифікації # 947; -Fe розчиняти до 2,14% вуглецю при температурі тисяча сто сорок сім ° С з образо-ням твердого розчину і з впровадженням атомів вуглецю в крис-металевого грати. При підвищенні і зниженні температури розчинність вуглецю в модифікації # 947; -Fe зменшується. Твердий розчин вуглецю та інших елементів (азот, водень) в модифікує-ції # 947; -Fe називається аустенітом (по імені вченого Р. Аустен), майже в 100 разів менше вуглецю може розчинитися в модифікує-ції # 945; -Fe, причому тверді розчини вуглецю та інших елементів в модифікації # 945; -Fe називають ферритом.
Крім твердих розчинів в залозі, в залізовуглецевих спла-вах може бути, як зазначено вище, хімічна сполука заліза з вуглецем - карбід заліза Fe3 C. Це з'єднання, зване це-ментітом, містить 6,67% вуглецю, має складну кристалічної-ське будова з плотноупакованной ромбічної кристалічної гратами.
У сплавах цементит є метастабільною фазою. Його темпе-ратура плавлення дорівнює приблизно 1500 ° С. Він добре розчинний в модифікації # 947; -Fe, менше - в # 948; -Fe і зовсім мало - в # 945; -Fe.
Ферит відрізняється м'якістю і пластичністю, його міцність порівняно невисока межа міцності при розтягуванні 250 МПа, відносне подовження 50%, твердість НВ складає 800 МПа. Аустеніт також має високу пластичність, низький пре-дел міцності при розтягуванні. Твердість аустеніту НВ 1700- 2200 МПа. Цементит має низьку пластичність і високу твердість НВ, рівній 10000 МПа, крихкий.