تستخدم منتجات المعادن الحديدية على نطاق واسع في العديد من قطاعات الاقتصاد الوطني، والمعادن الحديدية مطلوبة دائمًا في البناء والهندسة الميكانيكية. لقد تطور علم المعادن بنجاح منذ فترة طويلة بفضل إمكاناته التقنية العالية. غالبًا ما تستخدم منتجات الحديد الزهر والصلب في الإنتاج وفي الحياة اليومية.

ينتمي كل من الحديد الزهر والصلب إلى مجموعة المعادن الحديدية، وهذه المواد عبارة عن سبائك من الحديد والكربون فريدة من نوعها في خصائصها. ما هي الاختلافات بين الفولاذ والحديد الزهر وخصائصها وخصائصها الرئيسية؟

الصلب وخصائصه الرئيسية

يمثل الصلب سبيكة مشوهة من الحديد والكربونوالتي تصل دائمًا إلى حد أقصى قدره 2٪ بالإضافة إلى عناصر أخرى. يعتبر الكربون عنصرا هاما لأنه يعطي القوة لسبائك الحديد، فضلا عن الصلابة، وبالتالي يقلل من الليونة والليونة. غالبًا ما تتم إضافة عناصر صناعة السبائك إلى السبيكة، مما يؤدي في النهاية إلى فولاذ مخلوط وسبائك عالية، عندما تحتوي التركيبة على ما لا يقل عن 45٪ حديد ولا يزيد عن 2٪ كربون، والنسبة المتبقية 53٪ عبارة عن مواد مضافة.

يعتبر الفولاذ المادة الأكثر أهمية في العديد من الصناعات، فهو يستخدم في البناء، ومع نمو المستوى الفني والاقتصادي للبلاد، يزداد حجم إنتاج الصلب أيضًا. في العصور القديمة، استخدم الحرفيون صهر البوتقة لإنتاج الفولاذ المصبوب، وكانت هذه العملية منخفضة الإنتاجية وتتطلب عمالة كثيفة، لكن الفولاذ كان عالي الجودة.

بمرور الوقت، تغيرت عمليات إنتاج الفولاذ، وتم استبدال عملية البوتقة بعملية بسمر و طريقة الموقد المفتوحالحصول على الفولاذ، مما جعل من الممكن إنشاء إنتاج ضخم من الفولاذ المصبوب. ثم بدأوا في صهر الفولاذ في الأفران الكهربائية، وبعد ذلك تم إدخال عملية تحويل الأكسجين، مما جعل من الممكن الحصول على معدن نقي بشكل خاص. اعتمادًا على عدد وأنواع مكونات التوصيل، يمكن أن يكون الفولاذ:

• سبيكة منخفضة
• سبائك متوسطة
• سبائك عالية

اعتمادا على محتوى الكربونيحدث:

• منخفض الكربون
• الكربون المتوسط
• نسبة عالية من الكربون.

غالبًا ما يشتمل تكوين المعدن على مركبات غير معدنية - الأكاسيد والفوسفيدات والكبريتيدات؛ ويختلف محتواها اعتمادًا على جودة الفولاذ؛ وهناك تصنيف معين للجودة.

كثافة الفولاذ 7700-7900 كجم/م3، وتتكون الخصائص العامة للصلب من مؤشرات مثل القوة والصلابة ومقاومة التآكل والملاءمة لأنواع مختلفة من المعالجة. بالمقارنة مع الحديد الزهر، يتمتع الفولاذ بقدر أكبر من الليونة والقوة والصلابة. نظرًا للليونة، فهي سهلة المعالجة، حيث يتمتع الفولاذ بموصلية حرارية أعلى، ويتم تحسين جودته عن طريق التصلب.

عناصر مثل النيكل والكروم والموليبدينوم هي مكونات صناعة السبائك، كل منها يعطي الفولاذ خصائصه الخاصة. بفضل الكروم، يصبح الفولاذ أقوى وأصعب، وتزداد مقاومة التآكل. يضفي النيكل أيضًا القوة، فضلاً عن المتانة والصلابة، ويزيد من خصائصه المضادة للتآكل وقابلية الصلابة. يقلل السيليكون من اللزوجة، ويحسن المنغنيز قابلية اللحام وخصائص التصلب.

جميع أنواع الفولاذ الموجودة لديها درجة حرارة الانصهار من 1450 إلى 1520 درجة مئويةوهي سبائك معدنية قوية ومقاومة للاهتراء ومقاومة للتشوه.

الحديد الزهر وخصائصه الرئيسية

أساس إنتاج الحديد الزهر هو أيضًا الحديد والكربون، ولكن على عكس الفولاذ، فهو يحتوي على المزيد من الكربون، بالإضافة إلى شوائب أخرى على شكل معادن سبائكية. إنها هشة وتتكسر دون تشوه واضح. يعمل الكربون هنا كالجرافيت أو السمنتيت وذلك بسبب محتواه من عناصر أخرى ينقسم الحديد الزهر إلى الأنواع التالية:

تعتمد درجة انصهار الحديد الزهر على محتوى الكربون الموجود فيه، فكلما زاد وجوده في السبيكة، انخفضت درجة الحرارة، وكذلك زادت سيولته عند تسخينه. وهذا يجعل المعدن غير بلاستيكي وسائلًا وهشًا وصعب المعالجة. نقطة انصهارها هي من 1160 إلى 1250 درجة مئوية.

لقد دخل الحديد الزهر حياتنا بقوة منذ سنوات عديدة. إنه سهل الإنتاج نسبيًا ويستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات. للحصول على فهم واضح لهذه المادة، تحتاج إلى معرفة ميزاتها وعيوبها ومزاياها وتركيبها الكيميائي وخصائصها وبنية الحديد الزهر وسبائكه وإنتاجها ونطاق تطبيقها.

لذلك، دعونا معرفة أي سبائك الحديد والكربون تسمى الحديد الزهر.

مفهوم

الحديد الزهر عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون تحتوي على الكربون، أي أنها تعني مادة تتكون من سبيكة وكربون. نسبة الكربون في الحديد الزهر تزيد عن 2.14%. يمكن إدراج العنصر الأخير في الحديد الزهر على شكل جرافيت أو سمنتيت.

يتحدث هذا الفيديو عن مميزات الحديد الزهر:

أصناف

هناك الحديد الزهر الأبيض والرمادي.

• الكربون الموجود في الحديد الزهر الأبيض يكون على شكل كربيد الحديد. إذا كسرته، يمكنك رؤية لون أبيض. لا يستخدم الحديد الزهر الأبيض في شكله النقي. يتم إضافته إلى عملية إنتاج الحديد القابل للطرق.
• عند الكسر، يكون للحديد الزهر الرمادي لون فضي. هذا النوع من الحديد الزهر لديه مجموعة واسعة من الاستخدامات. يفسح المجال جيدًا للمعالجة باستخدام القواطع.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن حديد الزهر يتميز بالقوة العالية والمرونة وله خصائص خاصة.

• قوة عاليةيستخدم الحديد الزهر لزيادة قوة المنتج. تسمح الخصائص الميكانيكية لهذا الحديد الزهر بالقيام بذلك بشكل مثالي. يتم الحصول على الحديد الزهر عالي القوة من الحديد الزهر الرمادي عن طريق إضافة المغنيسيوم إلى الكتلة.
• طيعالحديد الزهر هو نوع من اللون الرمادي. الاسم لا يعني أن هذا الحديد الزهر يمكن تزويره بسهولة. لقد زادت خصائص اللدونة. يتم الحصول عليه عن طريق صلب الحديد الزهر الأبيض.
• هم يميزون فاترالحديد الزهر. بعض الكربون الموجود فيه يكون على شكل جرافيت، والجزء المتبقي على شكل سمنتيت.

مميزات خاصة

تكمن خصوصية الحديد الزهر في عملية إنتاجه. متوسط ​​درجة انصهار أنواع مختلفة من الحديد الزهر هو 1200 درجة مئوية. هذه القيمة أقل بمقدار 300 درجة من قيمة الفولاذ. هذا يرجع إلى نسبة الكربون العالية جدًا. الكربون وليس لديهم علاقة وثيقة للغاية مع بعضهم البعض.

عندما تتم عملية الصهر، لا يمكن دمج الكربون بالكامل في الشبكة الحديدية. ونتيجة لذلك، الحديد الزهر يأخذ خاصية الهشاشة. لا يمكن استخدامه لتصنيع الأجزاء التي ستخضع للتحميل المستمر.

الحديد الزهر هو مادة معدنية حديدية. غالبًا ما تتم مقارنة خصائصه بالفولاذ. تستخدم المنتجات المصنوعة من الفولاذ أو الحديد الزهر على نطاق واسع في حياتنا. استخدامها له ما يبرره. وبعد مقارنة الخصائص يمكننا أن نقول عن هاتين المادتين ما يلي:

• تكلفة منتجات الحديد الزهر أقل من تكلفة منتجات الفولاذ.
• المواد تختلف في اللون. الحديد الزهر مادة داكنة غير لامعة، بينما الفولاذ خفيف ولامع.
• الحديد الزهر أسهل في الصب من الفولاذ. لكن الفولاذ أسهل في اللحام والتشكيل.
• الحديد الزهر أقل متانة من الفولاذ.
• الحديد الزهر أخف وزنا من الفولاذ.
• يحتوي الفولاذ على نسبة كربون أعلى من الفولاذ.

المميزات والعيوب

الحديد الزهر، مثل أي مادة، له جوانب إيجابية وسلبية.

تشمل مزايا الحديد الزهر ما يلي:

• يمكن أن يكون الكربون الموجود في الحديد الزهر في حالات مختلفة. لذلك يمكن أن تكون هذه المادة من نوعين (رمادي وأبيض).
• لقد زادت قوة بعض أنواع الحديد الزهر، لذلك يتم أحيانًا وضع الحديد الزهر على نفس خط الفولاذ.
• يمكن للحديد الزهر الحفاظ على درجة الحرارة لفترة طويلة. وهذا يعني أنه عند تسخينها، يتم توزيع الحرارة بالتساوي في جميع أنحاء المادة وتبقى فيها لفترة طويلة.
• من حيث الصداقة البيئية، الحديد الزهر مادة نظيفة. ولذلك، غالبا ما يستخدم لإعداد الأطباق التي يتم فيها إعداد الطعام لاحقا.
• الحديد الزهر مقاوم للظروف الحمضية القاعدية.
• الحديد الزهر لديه نظافة جيدة.
• المواد لديها عمر خدمة طويل إلى حد ما. وقد لوحظ أنه كلما تم استخدام الحديد الزهر لفترة أطول، كلما كانت جودته أفضل.
• الحديد الزهر مادة متينة.
• الحديد الزهر مادة غير ضارة. أنها ليست قادرة على التسبب في ضرر طفيف للجسم.

تشمل عيوب الحديد الزهر ما يلي:

• سوف يصدأ الحديد الزهر إذا تعرض للماء لفترة قصيرة.
• الحديد الزهر مادة باهظة الثمن. ومع ذلك، هذا ناقص له ما يبرره. الحديد الزهر عالي الجودة وعملي وموثوق. كما أن العناصر المصنوعة منه عالية الجودة ومتينة.
• يتميز الحديد الزهر الرمادي بالليونة المنخفضة.
• يتميز الحديد الزهر الأبيض بالهشاشة. وهي تستخدم أساسا للصهر.

الخصائص والخصائص

1. بدني. وتشمل هذه الخصائص: الثقل النوعي، معامل التمدد الخطي، الانكماش الفعلي. يختلف الثقل النوعي اعتمادًا على محتوى الكربون في المادة.
2. الحرارية. عادةً ما يتم حساب التوصيل الحراري للمادة باستخدام قاعدة الإزاحة. بالنسبة لحديد الزهر الصلب، فإن السعة الحرارية الحجمية تساوي 1 كالوري/سم 3 * س م. وإذا كان حديد الزهر سائلًا، فهي تقريبًا 1.5 كالوري/سم 3 * س م.
3. ميكانيكي. وتعتمد هذه الخصائص على القاعدة نفسها، وكذلك على حجم وشكل الجرافيت. يعتبر الحديد الزهر الرمادي ذو القاعدة البرليتية هو الأكثر متانة، والأكثر ليونة هو ذو القاعدة الحديدية. يتم ملاحظة الحد الأقصى من الانخفاض في القوة مع شكل "اللوحة" من الجرافيت، والحد الأدنى - مع شكل "الكرة".
4. هيدرودينامي. تختلف اللزوجة في الحديد الزهر حسب وجود المنغنيز والكبريت. كما أنه يزيد بشكل حاد عندما تتجاوز درجة حرارة الحديد الزهر النقطة التي يبدأ فيها التصلب.
5. التكنولوجية. يتمتع الحديد الزهر بخصائص صب ممتازة ومقاومة للتآكل والاهتزاز.
6. المواد الكيميائية. وفقًا لجهد القطب (بترتيب تنازلي) ، يتم ترتيب المكونات الهيكلية للحديد الزهر بالشكل التالي: سمنتيت - فوسفيد سهل الانصهار - الفريت.

الاختلافات بين الحديد الزهر والصلب في التركيب الكيميائي والخصائص

تتأثر خصائص الحديد الزهر بشوائب خاصة.

• وبالتالي، فإن إضافة الكبريت يمكن أن يقلل بشكل كبير من السيولة ويقلل من الحراريات.
• إن إضافة الفوسفور في نفس الوقت يجعل من الممكن إنشاء منتج ذو شكل معقد، لكنه لا يمنحه قوة متزايدة.
• المزيج الموجود في النموذج يجعل نقطة الانصهار ليست عالية جدًا ويحسن بشكل كبير خصائص الصب. النسب المختلفة من السيليكون تخلق أنواعًا مختلفة من الحديد الزهر، من الأبيض النقي إلى الحديدي.
• يؤدي المنغنيز إلى تفاقم خصائص الصب والخصائص التكنولوجية، ولكنه يزيد من القوة والصلابة.

يوضح لك الفيديو أدناه كيفية لحام الحديد الزهر باستخدام اللحام الكهربائي:

الهيكل والتكوين

إذا اعتبرنا الحديد الزهر مادة هيكلية، فهو تجويف معدني به شوائب من الجرافيت. هيكل الحديد الزهر يتكون بشكل رئيسي من البرليت والليديبوريت والجرافيت المطيل.علاوة على ذلك، بالنسبة لكل نوع من أنواع الحديد الزهر، تسود هذه العناصر بنسب مختلفة أو غائبة تمامًا.

وفقا لهيكل الحديد الزهر هناك:

• البيرلايت,
• الحديدي و
• الحديدي-اللؤلؤي.

يوجد الجرافيت في هذه المادة بأحد الأشكال:

• كروي. يأخذ الجرافيت هذا الشكل عند إضافة المغنيسيوم. الشكل الكروي للجرافيت هو سمة من سمات الحديد الزهر عالي القوة.
• بلاستيك. الجرافيت يشبه شكل البتلات. في هذا الشكل، يوجد الجرافيت في الحديد الزهر العادي. لقد زاد هذا الحديد الزهر من خصائص الليونة.
• قشاري. يكتسب الجرافيت هذا الشكل عن طريق تلدين الحديد الزهر الأبيض. تم العثور على الجرافيت في شكل رقائق في الحديد الزهر القابل للطرق.
• ديداني. تم العثور على الشكل المسمى من الجرافيت في الحديد الزهر الرمادي. تم تطويره خصيصًا لتحسين الليونة والخصائص الأخرى.

إنتاج المعادن

في أفران خاصة. المادة الخام الرئيسية لإنتاج الحديد الزهر هي . تتكون العملية التكنولوجية من تقليل أكاسيد الحديد في الخام والحصول على مادة أخرى نتيجة لذلك - الحديد الزهر. يتم استخدام أنواع الوقود التالية لصنع الحديد الزهر: فحم الكوك والغاز الطبيعي والأنثراسايت الحراري.

بمجرد تقليل الخام، يصبح الحديد في حالة صلبة. بعد ذلك، يتم تخفيضه إلى جزء خاص من الفرن (البخار)، حيث يذوب الكربون في الحديد. الناتج هو الحديد الزهر السائل الذي يقع في الجزء السفلي من الفرن.

يعتمد سعر الحديد الزهر (لكل 1 كجم) على كمية الكربون فيه ووجود شوائب إضافية ومكونات صناعة السبائك. سيكون سعر طن الحديد الزهر تقريبًا 8000 روبل.

مجالات الاستخدام

• يتم استخدامه لإنتاج الأجزاء في الهندسة الميكانيكية. تصنع كتل المحرك وأعمدة الكرنك بشكل أساسي من الحديد الزهر. ويتطلب الأخير حديد الزهر المتقدم، الذي تضاف إليه إضافات خاصة من الجرافيت. نظرًا لمقاومة الحديد الزهر للاحتكاك، فإنه يتم استخدامه لصنع وسائد فرامل ذات جودة ممتازة.
• يمكن أن يعمل الحديد الزهر بسلاسة حتى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية. ولذلك، فإنه غالبا ما يستخدم في إنتاج أجزاء الآلات التي يجب أن تعمل في ظروف مناخية قاسية.
• لقد أثبت الحديد الزهر نفسه جيدًا في مجال المعادن. يتم تقييمه بسعره المنخفض نسبيًا وخصائص الصب الممتازة. تتميز المنتجات المصنوعة من الحديد الزهر بالقوة الممتازة ومقاومة التآكل.
• مجموعة كبيرة ومتنوعة من منتجات السباكة مصنوعة من الحديد الزهر. وتشمل هذه الأحواض والمشعات والمغاسل والأنابيب المختلفة. حمامات الحديد الزهر ومشعات التدفئة مشهورة بشكل خاص. ولا يزال بعضهم يخدم في الشقق اليوم، على الرغم من أنها تم شراؤها منذ سنوات عديدة. تحتفظ منتجات الحديد الزهر بمظهرها الأصلي ولا تحتاج إلى ترميم.
• بفضل خصائص الصب الجيدة، ينتج الحديد الزهر أعمالا فنية حقيقية. وغالبا ما يستخدم في صناعة المنتجات الفنية. على سبيل المثال، مثل البوابات المخرمة الجميلة أو المعالم المعمارية.

هل تختار الحمام؟ لا أعرف أيهما أفضل الحديد الزهر أم الفولاذ؟ ثم هذا الفيديو سوف يساعدك:

إنه يختلف عن الفولاذ في تركيبته من خلال محتواه العالي من الكربون وخصائصه التكنولوجية - صفات صب أفضل وقدرة منخفضة على تشوه البلاستيك (في ظل الظروف العادية لا يمكن تزويره). الحديد الزهر أرخص من الفولاذ.

يتم تصنيف الحديد الزهروذلك حسب المؤشرات التالية:

• حالة الكربون:

- الحديد الزهر الأبيض- كل الكربون في حالة ربط على شكل كربيد؛

- الحديد الزهر الرمادي- الكربون يكون إلى حد كبير أو كليًا في حالة حرة على شكل جرافيت صفائحي أو ليفي (دوامة)؛

- الدكتايل الحديد- الكربون يكون إلى حد كبير أو كليًا في حالة حرة على شكل جرافيت كروي؛

- الحديد القابل للطرق- يتم الحصول عليها عن طريق صلب مسبوكات الحديد الزهر الأبيض. كل أو جزء كبير من الكربون يكون في حالة حرة في شكل رقائق الجرافيت (الكربون الملدن)؛

• بناء:

- الحديدي;

- الفريت بيرلايت;

- بيرليتيك;

• التركيب الكيميائي:

- خالي من الشوائب;

- سبيكة- غرض خاص.

وهكذا فإن حديد الزهر (عدا الأبيض) يختلف عن الفولاذ في وجود شوائب من الجرافيت في الهيكل (الشكل 1)، كما تختلف حديد الزهر عن بعضها البعض في شكل هذه الشوائب.

أرز. 1. تصنيف الحديد الزهرحسب هيكل القاعدة المعدنية وشكل شوائب الجرافيت: أ -الفريت. ب -الفريت والبرليت. الخامس- البيرلايت / - رقائقي. 2- يحوم. 3 - قشاري. 4- كروية.

تعتمد الخواص الميكانيكية للحديد الزهر على الهيكل وبشكل أساسي على الشكل والكمية والحجم وطبيعة توزيع شوائب الجرافيت. تحدد شوائب الجرافيت الخصائص التكنولوجية والتشغيلية للحديد الزهر. إن وجود شوائب الجرافيت يسهل معالجة أجزاء الحديد الزهر عن طريق القطع بسبب الرقائق الهشة. يزيد الجرافيت من مقاومة التآكل ويضفي خصائص جيدة ضد الاحتكاك على الحديد الزهر من خلال تأثير "التشحيم" الخاص به. يتمتع الحديد الزهر بحساسية منخفضة تجاه العيوب السطحية المختلفة، والقطع، والأخاديد، وما إلى ذلك، نظرًا لأن شوائب الجرافيت نفسها عبارة عن مكثفات إجهاد، وإضافة المزيد منها ليس له تأثير كبير على القوة الإجمالية للمادة. على عكس القاعدة المعدنية، لا ينقل الجرافيت الاهتزازات المرنة بشكل جيد، لذلك يتمتع الحديد الزهر بقدرة تخميد عالية، مما يسمح له بتخفيف الاهتزازات والاهتزازات الرنانة.

تعتمد صلابة الحديد الزهر قليلاً على شكل شوائب الجرافيت ويتم تحديدها من خلال بنية القاعدة المعدنية. حديد الزهر الحديدي لديه صلابة ~ 150 HB، وحديد الزهر الفريت بيرلايت لديه صلابة ~ 200 HB؛ بيرليت ~ 250 HB.

الشوائب في الحديد الزهر

يحتوي الحديد الزهر الصناعي العادي على نفس الشيء الشوائب كالفولاذ الكربوني، أي المنغنيز والسليكون والكبريت والفوسفور، ولكن بكميات أكبر. تؤثر هذه الشوائب بشكل كبير على ظروف الجرافيت وبالتالي على بنية وخصائص الحديد الزهر.

السيليكونله تأثير قوي بشكل خاص على هيكل الحديد الزهر، مما يعزز الجرافيت. يختلف محتوى السيليكون في الحديد الزهر بشكل كبير: من 0.3-0.5 إلى 3-5%. من خلال تغيير محتوى السيليكون، من الممكن الحصول على حديد الزهر الذي يختلف تمامًا في الخصائص والبنية - من الأبيض منخفض السيليكون إلى الحديدي عالي السيليكون (رمادي مع رقائقي أو عالي القوة مع الجرافيت العقدي).

المنغنيزعلى عكس السيليكون، فإنه يمنع الجرافيت، أو، كما يقولون، يعزز تبييض الحديد الزهر.

الكبريتيساهم أيضًا في تبييض الحديد الزهر، ولكنه في الوقت نفسه يزيد من سوء خصائص الصب (على وجه الخصوص، فهو يقلل من السيولة). ولذلك، فإن محتوى الكبريت في الحديد الزهر محدود: الحد الأعلى للمسبوكات الصغيرة هو 0.08%؛ بالنسبة للأكبر حجمًا (عندما يمكن تحمل سيولة أسوأ قليلاً) - ما يصل إلى 0.1-0.12٪ S.

الفوسفورليس له أي تأثير تقريبًا على عملية الجرافيت. ومع ذلك، فإن الفوسفور هو خليط مفيد في الحديد الزهر، لأنه يحسن السيولة.

الحديد الزهر الأبيض

تلقى الحديد الزهر هذا الاسم من نوع الكسر ذو اللون الأبيض غير اللامع. كل الكربون الموجود في هذا الحديد الزهر يكون في حالة ربط على شكل سمنتيت. يمكن أن تكون حديد الزهر الأبيض، اعتمادًا على محتوى الكربون، ناقصة الانصهار (البيرلايت + الليديبوريت)، سهلة الانصهار (الليبوريت) وفرط الانصهار (السمنتيت الأولي + الليديبوريت). وتتميز هذه الحديد الزهر بصلابتها العالية (450-550 HB) وذلك لوجود كمية كبيرة من مادة السمنتيت فيها. ولذلك، فهي هشة للغاية ولا تستخدم لصنع أجزاء الآلة. تُستخدم مصبوبات الحديد الزهر الأبيض في الإنتاج اللاحق للحديد الزهر القابل للطرق باستخدام التلدين بالجرافيت. بعد ذلك، يتم استخدامه لتصنيع الأجزاء ذات قوة الكلال المتزايدة: أعمدة الكرنك وأعمدة الكامات، ومقاعد الصمامات، وتروس مضخة الزيت، ومساميك قرص الفرامل، وما إلى ذلك.

يحتوي حديد الزهر المبيض على طبقات سطحية (12-30 ملم) بهيكل من حديد الزهر الأبيض، ونواة بهيكل من حديد الزهر الرمادي. تزيد صلابة السطح العالية لمثل هذا الصب من مقاومته للتآكل. لذلك، يتم استخدام الحديد الزهر المبيّض لتصنيع لفائف الصفائح والعجلات ووسادات الفرامل والعديد من الأجزاء الأخرى التي تعمل في ظل ظروف التآكل المتزايد.

الحديد الزهر الرمادي

حصل الحديد الزهر على اسمه من نوع الكسر ذو اللون الرمادي. يحتوي الحديد الزهر الرمادي في هيكله على الجرافيت. يتكون هيكل حديد الزهر من قاعدة معدنية وجرافيت (على شكل صفائح)، وتعتمد خصائصه على هذين المكونين.

بالمقارنة مع الورق، يتمتع الجرافيت بخصائص ميكانيكية منخفضة، لذلك يمكننا أن نفترض ببعض التقريب أن الأماكن التي يشغلها هي الفراغات والشقوق. مع زيادة عدد الفراغات، تتدهور الخواص الميكانيكية للحديد الزهر بشكل حاد. تحت ضغوط الشد، تتشكل مراكز الكسر بسهولة في نهايات شوائب الجرافيت. يتصرف الحديد الزهر بشكل أفضل تحت الضغط والانحناء.

الحديد الزهر الرمادي عبارة عن سبائك ذات تركيبة معقدة تحتوي على الحديد والكربون والسيليكون والمنغنيز والشوائب مثل الكبريت والفوسفور. يذوب الأخير جزئيًا في الفريت (~ 0.3٪)، وبالإضافة إلى ذلك، يدخل في سهل الانصهار الثلاثي (Fe-C-P) بنقطة انصهار تبلغ 950 درجة مئوية. هذا يحسن بشكل كبير خصائص صب الحديد الزهر.

الكبريت هو شوائب ضارة تقلل من الخواص الميكانيكية وخصائص الصب للحديد الزهر وتزيد من احتمالية تشكل الشقوق فيها.

يتم تضمين السيليكون في تركيبة الحديد الزهر الرمادي (1-3٪) كعنصر كيميائي رئيسي ويزيد من إطلاق الجرافيت أثناء التصلب وتحلل الأسمنت المنطلق.

المنغنيز (0.2-1.1%) له تأثير إيجابي على الخواص الميكانيكية للحديد الزهر، لكنه يعقد عملية الجرافيت أو يعزز تبييضه. وبالتالي، يمكننا القول أن درجة الجرافيت تعتمد بشكل مباشر على كمية الكربون (2.2-3.7٪) والسيليكون (1-3٪) في الحديد الزهر.

بكميات صغيرة، يمكن أن يدخل الكروم والنيكل والنحاس إلى الحديد الزهر الرمادي من الخام، مما يؤثر أيضًا على حالة الجرافيت. يؤثر عدد شوائب الجرافيت وبنية القاعدة على خصائص الحديد الزهر الرمادي.

بناءً على هيكل القاعدة المعدنية، يتم تقسيم حديد الزهر الرمادي إلى ثلاث مجموعات:

1) بيرليت رمادي مع بنية بيرليت + جرافيت (كمية الكربون المرتبط ~ 0.8٪).

2) الفريت-بيرلايت الرمادي مع هيكل الفريت + البيرليت + الجرافيت (كمية الكربون المرتبط أقل من 0.8)؛

3) الحديد الرمادي مع هيكل الفريت + الجرافيت (كل الكربون على شكل جرافيت).

تعتمد الخواص الميكانيكية للحديد الزهر الرمادي على خصائص القاعدة المعدنية وكميتها وشكلها وحجم شوائب الجرافيت (الفراغات).

العلاماتالحديد الزهر الرمادي

وفقا ل GOST 1412-85، يتضمن تعيين الحديد الزهر مجموعة من الحروف والأرقام، على سبيل المثال SCH15. يشير SCH إلى الحديد الزهر الرمادي، وتشير الأرقام إلى قيمة قوة الشد. ينص المعيار على الدرجات التالية من الحديد الزهر: SCh10؛ SCH15؛ SCh18؛ SCh20؛ SCh21؛ SCH24؛ SCH25؛ SCH30؛ SCh35؛ SCh40؛ SCH45.

وترد في الجدول قيم مؤشرات بعض مكاوي الزهر الرمادية. 1.

الجدول 1.الخواص الميكانيكية لبعض حديد الزهر الرمادي

يساهم وجود الجرافيت في طحن الرقائق أثناء القطع وله تأثير تشحيم مما يزيد من مقاومة تآكل الحديد الزهر.

تُستخدم درجات الحديد الزهر الرمادي الحديدي SCh10 وSCh15 للأجزاء المحملة بشكل خفيف ومتوسط: الأغطية، والفلنجات، والحذافات، والفرجار، وأسطوانات الفرامل، وأقراص محرك القابض، وما إلى ذلك.

يتم استخدام درجتي الحديد الزهر الرمادي الفريتيك والبيرلايت SCh20 وSCh25 للأجزاء التي تعمل تحت أحمال ثابتة وديناميكية متزايدة: كتل أسطوانات المحرك، ومكابس الأسطوانات، وأسطوانات القابض، وأسرّة الماكينات، وما إلى ذلك.

يستخدم الحديد الزهر البرليتي في صب إطارات الأدوات والآليات الآلية القوية. غالبًا ما يتم استخدام حديد الزهر المعدل باللون الرمادي البيرلايت. يتم الحصول على هذه الحديد الزهر عن طريق إضافة إضافات خاصة إلى الحديد الزهر السائل قبل الصب - الفيروسيليكون (0.3-0.6٪ من وزن الشحنة) أو سيليكو كالسيوم (0.3-0.5٪ من وزن الشحنة). تشتمل هذه المكاوي الزهر على مكاوي الزهر من درجتي SCh40 وSCh45، والتي تتمتع بخصائص ميكانيكية أعلى بسبب تحسين شكل شوائب الجرافيت. تُستخدم هذه الحديد الزهر في تصنيع أغلفة المضخات والضواغط والمحركات الهيدروليكية.

بالنسبة للأجزاء التي تعمل في درجات حرارة مرتفعة، يتم استخدام سبائك الحديد الزهر الرمادي، والتي تحتوي بالإضافة إلى ذلك على الكروم والنيكل والموليبدينوم والألومنيوم.

حديد قابل للطرق

يسمى الحديد الزهر القابل للطرق بالطرق لأنه يمكن أن يتعرض لمعالجة الضغط، على الرغم من أن الحديد الزهر غير مزور، ويتم إنتاج أجزاء الحديد الزهر فقط عن طريق الصب بسبب حقيقة أن الحديد الزهر القابل للطرق لديه ليونة أعلى مقارنة بالحديد الزهر الرمادي.

يتم إنتاج الحديد الزهر القابل للطرق عن طريق التلدين بالجرافيت لمسبوكات الحديد الزهر ذات اللون الأبيض. لا ينبغي أن يحتوي الحديد الزهر القابل للطرق على كمية كبيرة من المنغنيز، لأنه أثناء التلدين يتداخل مع عملية الجرافيت، وكذلك كمية كبيرة من الكربون والسيليكون، مما يجعل من الصعب الحصول على المسبوكات من الحديد الزهر الأبيض، لأنه أثناء التبلور، الجرافيت يبدأ بالترسيب على شكل صفائح. ولذلك، فإن التركيب الكيميائي للحديد الزهر الأبيض الملدن في حديد الزهر المرن له قيود على المحتوى: 2.5-3.0٪ C؛ 0.7-1.5% سي؛ 0.3-1.0% من المنغنيز؛ أقل من 0.12% S؛ أقل من 0.18% ر.

يجب ألا يتجاوز سمك قسم الصب 40-50 مم، لأنه مع سمك أكبر، يتم تشكيل الجرافيت الصفائحي في القلب، مما يجعل الحديد الزهر غير مناسب للتليين.

تتم عملية التلدين على مرحلتين. في المرحلة الأولى، يتم تسخين مصبوبات الحديد الزهر الأبيض ببطء إلى درجة حرارة 930-1050 درجة مئوية ويتم الاحتفاظ بها لمدة 15 ساعة عند درجة الحرارة هذه. في هذه الحالة، يتحلل الإسمنتيت الموجود في الليديبوريت ذو درجة الحرارة العالية، ويتكون الجرافيت الشبيه بالرقائق من الكربون المنطلق.

في المرحلة الثانية، يتم تبريد المسبوكات إلى درجة حرارة 700-760 درجة مئوية، المقابلة للتحول اليوتيكتويدي، ويتم الاحتفاظ بها عند درجة الحرارة هذه لمدة تصل إلى 30 ساعة، أو يتم تبريدها ببطء شديد. في هذه الحالة، يتحلل السمنتيت الموجود في البيرلايت. وبعد انتهاء المرحلة الثانية يتكون هيكل حديد الزهر من الفريت ورقاقة الجرافيت. ويسمى هذا النوع من الحديد الزهر حديد الزهر القابل للطرق.

إذا لم يكن التبريد بطيئًا بدرجة كافية في منطقة درجات الحرارة المقابلة للتحول اليوتيكتويدي، أو كان التعرض في المرحلة الثانية من الجرافيت غير كافٍ، فلن يحدث تحلل السيمنتيت المتضمن في البرليت بشكل كامل. في هذه الحالة، سيتكون هيكل الحديد الزهر من الفريت والبرليت والجرافيت. ويسمى هذا النوع من الحديد الزهر حديد الزهر القابل للطرق من الفريت-بيرلايت.

إذا تم تسريع التبريد في نطاق درجة الحرارة، فلن يحدث تحلل السمنتيت المتضمن في البيرلايت. في هذه الحالة، سيتكون هيكل الحديد الزهر من البرليت والجرافيت. ويسمى هذا النوع من الحديد الزهر بالحديد الزهر البرليتي القابل للطرق.

العلامات.يتم تمييز الحديد الزهر القابل للطرق وفقًا لـ GOST 1215-79 بالحرفين "KCH" ورقمين: الأول يشير إلى قوة الشد؛ والثاني هو الاستطالة النسبية (في المائة).

يتم عرض قيم الخواص الميكانيكية لبعض حديد الزهر القابل للطرق في الجدول. 2.

الجدول 2.الخواص الميكانيكية لبعض حديد الزهر المرن

الدكتايل الحديد

يسمى الحديد الزهر عالي القوة بالحديد الزهر مع الجرافيت الكروي الذي يتم الحصول عليه من خلال عملية تبلور الصب. يحتوي هذا النوع من شوائب الجرافيت على سطح أصغر مقارنة بالسطح الشبيه بالصفائح والرقائق التي لها نفس الحجم، ويقلل من تركيز الضغط.

يتم الحصول على الشكل الكروي للجرافيت عن طريق إدخال المغنيسيوم، أو المغنيسيوم مع النيكل، أو الفيروسيليكون في الحديد الزهر السائل.

تحت تأثير المعدلات، يأخذ الجرافيت شكلًا كرويًا أثناء التبلور. تتميز مكاوي الزهر ذات الجرافيت الكروي بخصائص ميكانيكية أعلى مقارنة بمكاوي الزهر الأخرى. تتشابه مكاوي الزهر عالية القوة في خصائصها مع الفولاذ الكربوني المصبوب، ولكنها تتمتع بخصائص صب أفضل، كما أنها سهلة القطع، وتحتفظ بمقاومة عالية للتآكل. لزيادة الليونة والمتانة، تخضع المسبوكات المصنوعة من الحديد الزهر عالي القوة للمعالجة الحرارية: التلدين والتطبيع والحقن والتلطيف. بالتزامن مع زيادة الليونة، تقلل المعالجة الحرارية من الضغوط المتبقية في المسبوكات، مما يزيد من أدائها.

العلامات.تم تصنيف الحديد الزهر عالي القوة وفقًا لـ GOST 7293-85 بشكل مشابه للحديد الزهر القابل للطرق: بالحروف "HF" والأرقام: يشير الأول إلى قيمة قوة الشد، والثاني - الاستطالة النسبية (٪).

وينص المعيار على الدرجات التالية من الحديد الزهر: VCh35-22؛ VCh40-15؛ HF45-10؛ VC50-7؛ HF60-3؛ VC70-2؛ HF80-2; تردد عالي 100-2. التركيب الكيميائي للحديد الزهر عالي القوة: 3.2-3.6% C؛ 1.6-2.9% سي؛ 0.3-0.7% من المنغنيز؛ لا يزيد عن 0.02% S؛ لا يزيد عن 0.1٪ R. الحديد الزهر عالي القوة على أساس من الحديد (VCh35-22، VCh40-15، VCh45-10) لديه δ من 22 إلى 10٪، 140-225 HB؛ على أساس البرليت (VCh50-7، VCh60-3، VCh70-2، VCh80-2، VCh100-2) - δ من 7 إلى 2٪، 153-360 HB.

إن القوة العالية والليونة للحديد الزهر عالي القوة تجعل من الممكن استخدامها لتصنيع أعمدة الكرنك لمحركات الديزل للسيارات والأجزاء الأخرى التي تعمل في وحدات الاحتكاك تحت أحمال متزايدة.

حديد الزهر المضاد للاحتكاك

مكاوي الزهر المقاومة للاحتكاك هي مكاوي زهر خاصة باللون الرمادي وعالية القوة مع زيادة خصائص مقاومة الاحتكاك. تتميز هذه الحديد الزهر بمعامل احتكاك منخفض، اعتمادًا على نسبة الفريت والبرليت في القاعدة، وكذلك كمية وشكل الجرافيت. في الحديد الزهر البرليتي، يتم ضمان مقاومة التآكل العالية من خلال قاعدة معدنية تتكون من البرليت الرقيق والفوسفور سهل الانصهار الموزع بشكل موحد في وجود رواسب معزولة من الجرافيت الرقائقي.

تُستخدم المسبوكات المصنوعة من الحديد الزهر المضاد للاحتكاك (GOST 1585-85) لتصنيع الأجزاء العاملة في وحدات احتكاك المحامل.

العلامات.هناك الدرجات التالية من الحديد الزهر المضاد للاحتكاك: AChS1؛ ASF2؛ منطقة حرجة الحرة؛ ASF1؛ AChV2؛ ACC1؛ ABC2. تشير الحروف "ACS" إلى الحديد الزهر الرمادي المضاد للاحتكاك؛ "AChV" - حديد زهر عالي القوة مضاد للاحتكاك ؛ "AChK" - حديد زهر قابل للطرق ومضاد للاحتكاك.

تتميز حديد الزهر الرمادي المقاوم للاحتكاك - حديد الزهر البرليتي AChS-1 وAChS-2 والحديد الزهر البرليتي الحديدي AChS-3 - بمعامل احتكاك منخفض، اعتمادًا على نسبة الفريت والبرليت في القاعدة، وكذلك على الكمية وشكل الجرافيت. في الحديد الزهر البرليتي، يتم ضمان مقاومة التآكل العالية من خلال قاعدة معدنية تتكون من البرليت الرقيق والفوسفور سهل الانصهار الموزع بشكل موحد في وجود رواسب معزولة من الجرافيت الرقائقي.

يُستخدم الحديد الزهر الرمادي المضاد للاحتكاك في صناعة المحامل المنزلقة والبطانات والأجزاء الأخرى التي تعمل تحت الاحتكاك مع المعدن، وغالبًا ما يكون ذلك في وجود مادة تشحيم. الأجزاء التي تعمل جنبًا إلى جنب مع أعمدة فولاذية مقوية أو طبيعية مصنوعة من الحديد الزهر من درجتي AChS-1 وAChS-2، وللعمل جنبًا إلى جنب مع أعمدة غير معالجة حراريًا، يتم استخدام حديد الزهر AChS-3.

يتم تصنيع حديد الزهر عالي القوة المضاد للاحتكاك (مع الجرافيت العقدي) بهيكل بيرليت - AChV-1 وفريت بيرلايت (50٪ بيرليت) - AChV-2. يتم استخدام حديد الزهر AChV-1 للعمل في وحدات الاحتكاك ذات السرعات الطرفية المتزايدة جنبًا إلى جنب مع عمود صلب أو طبيعي.

الميزة الرئيسية لمكاوي الزهر المضادة للاحتكاك مقارنة بالبرونز المضاد للاحتكاك هي تكلفتها المنخفضة، والعيب الرئيسي هو ضعف التشغيل، الأمر الذي يتطلب التزاوج الدقيق لأسطح الاحتكاك.

الحديد الزهر

الحديد الزهر - هذه هي سبائك الحديد والكربون التي تحتوي على أكثر من 2٪ كربون وتتصلب لتشكل سهلة الانصهار. على عكس الفولاذ، الحديد الزهر لديه ليونة منخفضة. ومع ذلك، نظرًا لخصائص الصب العالية والقوة الكافية والرخص النسبي، فقد وجد الحديد الزهر تطبيقًا واسعًا في الهندسة الميكانيكية.

يتم صهر الحديد الزهر في الأفران العالية وأفران القبة والأفران الكهربائية. الحديد الزهر المصهور في الأفران العالية هو الحديد الخام والحديد الزهر الخاص (السبائك الحديدية) وحديد الزهر المسبك. يتم استخدام خطوط الأنابيب والحديد الزهر الخاص في الصهر اللاحق للصلب والحديد الزهر. يتم صهر الحديد الزهر في أفران القبة والأفران الكهربائية. يتم استخدام حوالي 20% من إجمالي الحديد الزهر المُنتج في صناعة المسبوكات.

تصنيف الحديد الزهر

تعتمد الخواص الميكانيكية والصب للحديد الزهر على مدى قرب تكوينه من سهل الانصهار. ولتقييم ذلك، يتم استخدام مؤشرين:

درجة الانصهار Sه - نسبة تركيز الكربون C في حديد الزهر إلى تركيزه في سهل الانصهار مع مراعاة تأثير السيليكون والفوسفور:

حيث 4.26 هو تركيز الكربون في سهل الانصهار لنظام "الحديد-الجرافيت" (انظر الشكل 7.1)، Si وP هما محتوى هذه العناصر في الحديد الزهر،٪.

مكافئ الكربونمعرف ك:

مكافئ ج = ج + 0.3(سي + ف)

تنقسم حديد الزهر إلى: ناقص التصلب (سأوه< 1, C эв < 4,2-4,3), سهل الانصهار (سه 1، مكافئ 4.2-4.3) و مفرط النشاط (سه > 1، C فولت > 4.2-4.3).

يمكن أن تتصرف مكاوي الزهر بشكل مختلف أثناء التبلور والمزيد من التبريد (الشكل 1): إما وفقًا لمخطط الحالة شبه المستقر Fe-Fe 3 C (مكاوي الزهر البيضاء التي يوجد فيها الكربون على شكل Fe 3 C)، أو في وفقًا لمخطط Fe--C المستقر (مكاوي الزهر الرمادية التي يوجد فيها الكربون على شكل جرافيت).

في المخططات المعروضة (الشكل 1)، بالإضافة إلى الخطوط المشتركة AC، AE، GS، لا تتطابق الخطوط الأخرى. في نظام Fe--C، يحتوي الجرافيت سهل الانصهار (الأوستينيت-الجرافيت) على 4.26% C ويتشكل عند 1,153 درجة مئوية. على طول الخط E " س " في نطاق درجة الحرارة 1,153-738 درجة مئوية، يتم إطلاق الجرافيت الثانوي. يحدث التحول eutectoid عند 738 درجة مئوية مع تكوين eutectoid (الفريت + الجرافيت). لا يختلف استخدام الرسوم البيانية Fe--C وFe--Fe 3 C بشكل أساسي عن بعضها البعض.

احتمال تكوين الأسمنت من الطور السائل أعلى بكثير من الجرافيت. يتم تحديد أي عملية من خلال الظروف الديناميكية الحرارية والحركية. القوة الدافعة لعملية الجرافيت هي رغبة النظام في تقليل إمدادات الطاقة المجانية. الأسمنت هو مرحلة أقل استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية من الجرافيت. ومع ذلك، فإن الفرق بين درجات حرارة تكوين السمنتيت والجرافيت صغير، ومع التبريد الفائق الطفيف نسبيًا، سيحدث تبلور السمنتيت بدلاً من الجرافيت.

يتشكل الجرافيت فقط عند معدلات تبريد منخفضة في نطاق درجة حرارة ضيق، عندما تكون درجة التبريد الفائق للطور السائل منخفضة. مع التبريد المتسارع وعندما يتم تبريد الحديد الزهر السائل بدرجة حرارة أقل من 1147 درجة مئوية، يتشكل الأسمنتيت.

الرسم البياني للحديد الزهر

الرسوم البيانيةهي عملية ترسيب الجرافيت أثناء تبلور أو تبريد الحديد الزهر. يمكن تشكيل الجرافيت من الطور السائل أثناء التبلور ومن الطور الصلب. وفقًا لمخطط Fe--C الموجود أسفل السطر C " د " يتكون الجرافيت الأولي على طول الخط E " ج " F " - الجرافيت سهل الانصهار، على طول الخط E " س " - الجرافيت الثانوي وعلى طول الخط P " س " ل " - الجرافيت يوتكتويد.

يعتمد رسم الحديد الزهر وكماله على معدل التبريد والتركيب الكيميائي ووجود مراكز الجرافيت.

يرجع تأثير معدل التبريد إلى حقيقة أن عملية جراف الحديد الزهر تتم ببطء شديد وتتضمن عدة مراحل:

· تشكيل مراكز الجرافيت في الطور السائل أو الأوستينيت.

· انتشار ذرات الكربون إلى مراكز الجرافيت.

· زيادة إطلاق الجرافيت.

أثناء عملية تحويل السمنتيت إلى الجرافيت، تتم إضافة مراحل التحلل الأولي للحديد 3C وذوبان الكربون في الأوستينيت. كلما كان تبريد الحديد الزهر أبطأ، زاد تطور عملية الجرافيت.

اعتمادا على درجة الجرافيت، تتميز الحديد الزهر أبيض, رماديو نصف.

الحديد الزهر الأبيض -- يتم الحصول عليها من خلال التبريد المتسارع والتبريد الفائق للحديد الزهر السائل أقل من 1147 درجة مئوية، عندما تتشكل مرحلة Fe 3 C شبه مستقرة، بدلاً من الجرافيت، بسبب الخصائص الهيكلية والحركية. تتميز حديد الزهر الأبيض، الذي يحتوي على الكربون الثابت على شكل Fe 3 C، بالصلابة العالية والهشاشة وصعوبة تشكيله. لذلك، لا يتم استخدامها كمواد هيكلية، ولكنها تستخدم لإنتاج الحديد الزهر القابل للطرق عن طريق التلدين بالجرافيت.

الحديد الزهر الرمادي - تتشكل فقط بمعدلات تبريد منخفضة في نطاق درجة حرارة ضيق، عندما تكون درجة التبريد الفائق للطور السائل منخفضة. في ظل هذه الظروف، يتم تحويل كل أو معظم الكربون إلى جرافيت على شكل شرائح جرافيت، ولا يزيد محتوى الكربون على شكل سمنتيت عن 0.8%. يتمتع الحديد الزهر الرمادي بخصائص تكنولوجية وقوة جيدة، مما يحدد استخدامه على نطاق واسع كمواد هيكلية.

نصف الحديد الزهر -- تحتل موقعًا متوسطًا بين الحديد الزهر الأبيض والرمادي، وفيها تكون الكمية الرئيسية من الكربون (أكثر من 0.8٪) على شكل Fe 3 C. يحتوي الحديد الزهر على هيكل البيرلايت والليديبوريت والجرافيت الصفائحي.

تحتوي حديد الزهر الصناعي على 2.0-4.5% C، 1.0-3.5% Si، 0.5-1.0% Mn، ما يصل إلى 03% P وما يصل إلى 0.2% S. أقوى تأثير إيجابي على الجرافيت هو السيليكون. ومن خلال تغيير محتوى السيليكون، من الممكن الحصول على حديد الزهر بتركيبات وخصائص مختلفة. (الشكل 2) يشير تقريبًا إلى حدود المناطق الهيكلية اعتمادًا على محتوى السيليكون والكربون بمحتوى 0.5٪ من المنغنيز ومعدل تبريد معين (لسمك جدار الصب 50 مم).

يمنع المنغنيز عملية الجرافيت، مما يزيد من قابلية الحديد الزهر للتبييض. الكبريت هو شوائب ضارة. تأثير التبييض أعلى بـ 5-6 مرات من المنغنيز. بالإضافة إلى ذلك، يقلل الكبريت من السيولة، ويعزز تكوين فقاعات الغاز، ويزيد من الانكماش والميل إلى التشقق. لا يؤثر الفوسفور على الجرافيت وهو خليط مفيد، يزيد من سيولة حديد الزهر الرمادي بسبب تكوين فوسفيد سهل الانصهار (950-980) درجة مئوية.

أرز. 2. المخطط الهيكلي: 1- حديد زهر أبيض. 2- نصف حديد زهر . 3، 4، 5 - حديد زهر رمادي على قاعدة بيرليتية، فريت-بيرليتية وفريتية، على التوالي

وبالتالي، من خلال ضبط التركيب الكيميائي ومعدل التبريد، من الممكن الحصول على هيكل الحديد الزهر المطلوب في المسبوكات.

تصنيف الحديد الزهر الرمادي

يمكن اعتبار الحديد الزهر الرمادي بمثابة هيكل يتكون من قاعدة معدنية تحتوي على شوائب من الجرافيت. تعتمد خصائص الحديد الزهر على خصائص القاعدة المعدنية وطبيعة شوائب الجرافيت.

يمكن أن تكون القاعدة المعدنية: بيرليت، عندما يكون 0.8٪ C على شكل سمنتيت، والباقي من الكربون على شكل الجرافيت؛ الفريت بيرلايت,عندما تكون كمية الكربون على شكل سمنتيت أقل من 0.8% C؛ الحديدي، عندما يكون الكربون عمليا على شكل الجرافيت.

اعتمادًا على شكل شوائب الجرافيت، يتم تصنيف حديد الزهر الرمادي إلى:

· الحديد الزهر مع الجرافيت الصفائحي.

· الحديد الزهر مع رقائق الجرافيت (حديد الزهر القابل للطرق)؛

· الحديد الزهر مع الجرافيت العقدي (الحديد الزهر عالي القوة)؛

· الحديد الزهر مع الجرافيت الدودي.

ويبين الشكل 3 تصنيفًا عامًا لمكاوي الزهر حسب هيكل القاعدة المعدنية وشكل الجرافيت.

يظهر التركيب المجهري للحديد الزهر في الشكل. 7.4.

أرز. 3.

أرز. 4. أشكال مختلفة من الجرافيت في الحديد الزهر: أ) رقائق الجرافيت؛ ب) تقشر الجرافيت. ج) الجرافيت الكروي. د) الجرافيت الدودي. ح 200

بالمقارنة مع القاعدة المعدنية، الجرافيت لديه قوة منخفضة. لذلك يمكن اعتبار شوائب الجرافيت انقطاعات (فراغات) في القاعدة المعدنية، ويمكن اعتبار الحديد الزهر بمثابة فولاذ تتخلله شوائب من الجرافيت مما يضعف قاعدته المعدنية. في الوقت نفسه، يحدد وجود الجرافيت أيضًا عددًا من مزايا الحديد الزهر: سيولة جيدة وانكماش منخفض؛ قدرة جيدة على التصنيع (الجرافيت يجعل الرقائق هشة) ؛ خصائص التخميد العالية. خصائص مضادة للاحتكاك، الخ.

عند التصنيف، يتم تخصيص الحديد الزهر ذو الخصائص الخاصة لمجموعة منفصلة. كقاعدة عامة، يتم تصنيع هذه الحديد الزهر وتنقسم حسب الغرض منها إلى الأنواع التالية: المضادة للاحتكاك، مقاومة للاهتراء، مقاومة للحرارة، مقاومة للتآكل، مقاومة للحرارة.

من المؤكد أن الكثيرين واجهوا منتجات الحديد الزهر في الحياة اليومية أو في العمل. هذه المواد لديها قوة جيدة وخصائص صب ممتازة.

الحديد الزهر عبارة عن فولاذ، أو بالأصح، سبيكة حديد-كربون، تتكون من الحديد والكربون، يتراوح حجمها من 2.14% إلى حد أقصى 6.67% ويمكن تضمينها في التركيبة على شكل سمنتيت أو جرافيت.الحديد الزهر، بحكم تعريفه، هو مادة هندسية غير مكلفة وسهلة التصنيع وتعمل كأساس لصهر الفولاذ. يشير إنتاجه إلى عمليات كيميائية معقدة تحدث في مراحل معينة من الإنتاج.

الخصائص الرئيسية والتكوين

بالإضافة إلى الحديد والكربون، تحتوي هذه السبيكة على شوائب إضافية تؤثر على خصائصها. التركيبة المتنوعة للحديد الزهر توفر له صلابة وسيولة عالية وتزيد من الهشاشة. ويشمل: الكبريت، السيليكون، المنغنيز، الفوسفور. بسبب الكربون الوارد، تتمتع سبائك الحديد الزهر بصلابة عالية، ولكن في نفس الوقت يتم تقليل قابلية المادة للطرق والليونة. لإعطاء المعدن خصائص خاصة، تتم إضافة بعض الإضافات. يتم استخدام مكونات السبائك التالية: النيكل والفاناديوم وكذلك الكروم والألومنيوم. تتكون تركيبة الحديد الزهر من قاعدة من الحديد والكربون مع شوائب إضافية. تبلغ كثافته حوالي 7.2 جم / سم 3، وهي قيمة عالية إلى حد ما بالنسبة للمركبات المعدنية.

يتكون الحديد الزهر من عدة مكونات، ولهذا السبب يمكن أن تختلف خصائص اختلافاته بشكل كبير. بالإضافة إلى الكربون والحديد، تشتمل التركيبة على ما يصل إلى 2٪ منجنيز و1.2٪ فوسفور و4.3٪ سيليكون وما يصل إلى 0.07٪ كبريت.السيليكون هو المسؤول عن حالة السيولة، ويحسن بشكل كبير صفات الصب، ويجعلها أكثر ليونة. يستخدم المنغنيز لتعزيز القوة. إضافة الكبريت يقلل من الحراريات ويقلل من سيولتها. بالإضافة إلى ذلك، له تأثير ضار، يتجلى في ظهور الشقوق على المسبوكات الساخنة (هشاشة حمراء). إن وجود الفسفور يقلل من الخواص الميكانيكية، لكنه يسمح بصب الأجسام ذات الأشكال المعقدة.

يشبه هيكل الحديد الزهر قاعدة معدنية تحتوي على شوائب من الجرافيت. اعتمادًا على النوع، فهو يشمل البيرلايت، ورق الجرافيت، والليديبوريت. وتحدد هذه العناصر خصائصه وتكون موجودة بكميات متفاوتة أو غائبة تماما.

تتراوح نقطة الانصهار من +1160 درجة مئوية كحد أدنى إلى +1250 درجة مئوية كحد أقصى. يتميز بخصائص عالية مضادة للتآكل ويقاوم بشكل فعال التآكل الجاف (الكيميائي) والرطب. بفضله، وُلد الفولاذ المقاوم للصدأ - وهو عبارة عن سبيكة فولاذية تحتوي على نسبة عالية من عنصر الكروم.

منطقة التطبيق

يستخدم الحديد الزهر على نطاق واسع في الهندسة الميكانيكية لصب الأجزاء المختلفة. تستخدم لتصنيع أعمدة الكرنك وكتل المحرك. بالإضافة إلى ذلك، يتم إنتاج وسادات عالية الجودة تتميز بمقاومة عالية للاحتكاك. يتم استخدامها في درجات حرارة منخفضة، حيث يتم استخدام الحديد الزهر حصريًا بسبب خصائصه عالية الأداء. تُستخدم هذه الصفات في إنتاج عناصر الآلة المختلفة التي تستخدم سبائك الحديد الزهر للتشغيل في المناخات القاسية. يتم استخدام هذه المادة على نطاق واسع من قبل علماء المعادن بسبب خصائص الصب الممتازة والسعر المنخفض. تتميز منتجات الزهر بمقاومة تآكل عالية وقوة متزايدة.

العديد من أجزاء السباكة مصنوعة أيضًا من قاعدة من الحديد الزهر. هذه هي مشعات، مشعات التدفئة، الأنابيب، أحواض الاستحمام، المصارف المختلفة مع المصارف. لا تزال العديد من المنتجات تخدم اليوم، على الرغم من أنها تم تركيبها منذ عدة عقود. تحتفظ هذه العناصر بمظهرها الأصلي لسنوات عديدة ولا تتطلب أعمال ترميم. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر تجهيزات المطابخ المصنوعة من الحديد الزهر واحدة من الأكثر ملاءمة عند إعداد العديد من الأطباق.

أصناف

وفقًا لخصائصها، تنقسم سبائك الحديد الزهر إلى تحويل ومسبك. الأول يستخدم في صهر الفولاذ بطريقة محول الأكسجين. يتميز هذا النوع بانخفاض كمية المنجنيز والسيليكون. يتم استخدام مادة مسبك الحديد الزهر لإنتاج أجزاء عديدة. يمكن رؤية عينات من المنتجات المصنوعة من هذه القاعدة في الصور المقابلة.

مجموعة خاصة تشمل سبائك النيكل والكروم (الننهارد). وتشمل هذه الحديد الزهر منخفض الكربون وعالي الكربون. الأول يتميز بزيادة القوة، والثاني بزيادة مقاومة التآكل. الأصناف الرئيسية هي سبائك بيضاء ورمادية. وتختلف هذه المواد في محتوى الكربون وكذلك في الخصائص. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الأنواع القابلة للطرق والسبائك وعالية القوة بشكل نشط.

رمادي

تتميز مكاوي الزهر الرمادية بالليونة واللزوجة المنخفضة ويسهل قطعها أثناء المعالجة. يتم استخدامها في تصنيع الأجزاء غير الحرجة، وكذلك العناصر المعرضة للتآكل. يحتوي الحديد الزهر الرمادي على الكربون على شكل جرافيت أو بيرلايت أو فريت بيرلايت. تبلغ نسبته حوالي 2.5% مما يوفر قوة عالية للمنتجات. يتم تصنيع علب المعدات الصناعية المختلفة والتروس والأقواس والبطانات من السبائك الرمادية. مادة تحتوي على كمية عالية من الفوسفور (حوالي 0.3 – 1.2%) تتمتع بسيولة جيدة وتستخدم في الصب الفني.

أبيض

يحتوي على كمية كبيرة من الكربون (أكثر من 3%)، مقدماً على شكل سمنتيت أو كربيد. أعطى اللون الأبيض في موقع الكسر لهذه المادة اسمه للاتصال. لقد زادت سبيكة من هذا النوع من الهشاشة والهشاشة، مما يضيق نطاق الاستخدام بشكل كبير. وبناء عليه يتم إنتاج أجزاء ذات أشكال بسيطة لتؤدي وظائف ثابتة دون التعرض لأحمال كبيرة. يمكن تحسين الخصائص التقنية للمادة البيضاء عن طريق إضافة مكونات صناعة السبائك. لهذا الغرض، يتم استخدام النيكل والكروم، وفي كثير من الأحيان الألومنيوم أو الفاناديوم. العلامة التجارية التي تحتوي على هذه الإضافات تسمى "السورميت". يتم استخدامه كعنصر تسخين في مجموعة متنوعة من الأجهزة. يتمتع السورميت بخصائص مستقرة عند درجات حرارة لا تتجاوز +900 درجة مئوية. تعمل هذه المادة كأساس لتصنيع أحواض الاستحمام المنزلية العادية.

طيع

يتم الحصول على هذا النوع من اللون الأبيض عن طريق الصب مع مزيد من المعالجة الحرارية. في هذه الحالة، يتم استخدام الصلب على المدى الطويل، حيث يتفكك الأسمنتيت، وتشكيل الجرافيت. تسمى هذه العملية بالجرافيت مع تكوين رقائق الكربون في الهيكل. يكتسب الجرافيت هذا الشكل من خلال التلدين لفترة طويلة. وهذا له تأثير إيجابي على القاعدة المعدنية، التي تصبح أكثر تكاملاً وليونة ولزوجة.

يعمل الحديد الزهر القابل للطرق بشكل جيد في درجات الحرارة المنخفضة وليس حساسًا جدًا للقطع. يستخدم في صناعة العناصر التي تعمل تحت الاحتكاك المستمر. بالإضافة إلى ذلك، تعمل السبائك القابلة للطرق كأساس للمنتجات ذات التكوينات المعقدة للغاية: الزوايا، وسادات الفرامل، والمحملات، وأغطية السيارات للمحاور الخلفية والهياكل الأخرى. يتم تحقيق خصائص محسنة بإضافة البورون والتيلوريوم والمغنيسيوم.

قوة عالية

لقد زادت قوتها، ويتم استخدامها لإنتاج منتجات مهمة، وفي بعض الحالات تحل محل الفولاذ. يتم الحصول على هذا الحديد الزهر عالي القوة عن طريق إضافة شوائب خاصة (السيريوم والكالسيوم والإيتريوم والمغنيسيوم) إلى الشكل الرمادي. تصنع منه التروس والمكابس وأعمدة الكرنك وأجزاء أخرى. تتيح الموصلية الحرارية العالية إمكانية صب عناصر وحدات التسخين وكذلك خطوط الأنابيب.

سبيكة

تحتوي سبائك الحديد الزهر على شوائب إضافية. تشتمل التركيبة على مستويات عالية من التيتانيوم والنيكل والكروم وكذلك الزركونيوم والفاناديوم والموليبدينوم والألمنيوم وعناصر أخرى. إنها تضفي قوة عالية وصلابة ومقاومة للتآكل. تستخدم المواد المخلوطة في إنتاج أجزاء من الآليات التي تتفاعل مع البيئات الغازية والعدوانية، وكذلك تلك التي تعمل تحت تأثير المحاليل المائية.

مزايا المعدن

تصنف هذه السبيكة على أنها مادة تنتجها المعادن الحديدية. غالبًا ما يتم مقارنته بالفولاذ عند تحديد خصائص معينة. المنتج المصنوع من الحديد الزهر له تكلفة منخفضة مقارنة بنظيره الفولاذي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن عناصر الحديد الزهر لها وزن وقوة أقل. يتم توسيع خصائص الحديد الزهر هذه بشكل كبير من خلال استخدام المواد المضافة المختلفة للسبائك. معلماتها لها الصفات الإيجابية التالية:

• مواد صديقة للبيئة تستخدم في إنتاج الأدوات المنزلية، بما في ذلك الأطباق؛
• مقاومة للبيئة الحمضية القاعدية.
• صحية.
• القدرة على الحفاظ على درجة الحرارة لفترة طويلة.
• بعض الأنواع لها قوة مماثلة للصلب؛
• مدة التشغيل، والتي تتحسن خلالها مؤشرات الجودة الخاصة بها فقط؛
• غير ضارة تماما للجسم.

إنتاج

يعد إنتاج سبائك الحديد الزهر عملية كثيفة الاستخدام للمواد ومكلفة. سيتطلب صهر طن واحد من المواد حوالي 900 لتر من الماء العادي وحوالي 550 كجم من فحم الكوك. نقطة الانصهار حوالي +1200 درجة مئوية، الأمر الذي يتطلب معدات ذوبان محددة. للحصول على الكتلة، يلزم وجود خام، حيث تكون نسبة كتلة الحديد الموجودة فيه أكثر من 70٪. لا يتم استخدام الصخور الخام المستنفدة بسبب عدم الكفاءة الاقتصادية.

يتم صهر المادة في أفران خاصة. هناك، يمر خام الحديد بدورة تكنولوجية كاملة، بدءًا من تقليل أكاسيد الخام وانتهاءً بإنتاج سبائك الحديد الزهر. يتطلب صب المادة الوقود: فحم الكوك، والثرمثراسيت، والغاز الطبيعي. وفي نهاية عملية الاختزال يتم وضع الحديد الصلب في جزء خاص من الفرن لإذابة الكربون الموجود فيه. بعد التفاعل، يتم الحصول على كتلة من الحديد الزهر، والتي تسقط في شكل سائل. يتم دفع الشوائب غير الذائبة إلى السطح ثم يتم إزالتها بعد ذلك. ويستخدم هذا الخبث لإنتاج العديد من المواد. بعد إزالة الجزيئات غير الضرورية من المصهور، تتم إضافة المواد المضافة للحصول على درجات معينة من سبائك الحديد الزهر.