कच्चा लोहा के प्रकार, वर्गीकरण, संरचना, गुण, अंकन और अनुप्रयोग

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

आज मानव जीवन का लगभग कोई भी ऐसा क्षेत्र नहीं है जहां कच्चा लोहा का प्रयोग नहीं किया जाता हो। यह सामग्री मानव जाति के लिए काफी लंबे समय से जानी जाती है और व्यावहारिक दृष्टिकोण से खुद को उत्कृष्ट साबित कर चुकी है। कच्चा लोहा भागों, विधानसभाओं और तंत्रों की एक बड़ी विविधता का आधार है, और कुछ मामलों में एक आत्मनिर्भर उत्पाद भी है जो इसे सौंपे गए कार्यों को करने में सक्षम है। इसलिए, इस लेख में हम इस लौह युक्त यौगिक पर पूरा ध्यान देंगे। हम यह भी पता लगाएंगे कि कच्चा लोहा किस प्रकार का होता है, उनकी भौतिक और रासायनिक विशेषताएं।

परिभाषा

कच्चा लोहा वास्तव में लोहे और कार्बन का एक अनूठा मिश्र धातु है, जिसमें Fe 90% से अधिक है, और C 6.67% से अधिक नहीं है, लेकिन 2.14% से कम नहीं है। इसके अलावा, कार्बन सीमेंटाइट या ग्रेफाइट के रूप में कच्चा लोहा में पाया जा सकता है।

कार्बन मिश्र धातु को पर्याप्त रूप से उच्च कठोरता देता है, हालांकि, साथ ही, यह लचीलापन और लचीलापन कम कर देता है। नतीजतन, कच्चा लोहा एक भंगुर सामग्री है। इसके अलावा, कास्ट आयरन के कुछ ग्रेड में विशेष एडिटिव्स जोड़े जाते हैं, जो यौगिक को कुछ गुण दे सकते हैं। मिश्र धातु तत्वों की भूमिका हो सकती है: निकल, क्रोमियम, वैनेडियम, एल्यूमीनियम। कच्चा लोहा का घनत्व सूचकांक 7200 किलोग्राम प्रति घन मीटर है। जिससे यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है किकच्चा लोहा का वजन एक संकेतक है जिसे छोटा नहीं कहा जा सकता।

ऐतिहासिक पृष्ठभूमि

गलने वाला लोहा मनुष्य को बहुत पहले से ज्ञात है। मिश्र धातु का पहला उल्लेख छठी शताब्दी ईसा पूर्व का है।

प्राचीन काल में चीन ने काफी कम गलनांक वाले ढलवां लोहे का उत्पादन किया। 14वीं शताब्दी के आसपास यूरोप में कास्ट आयरन का उत्पादन शुरू हुआ, जब पहली बार ब्लास्ट फर्नेस का इस्तेमाल किया गया था। उस समय, ऐसी लोहे की ढलाई का उपयोग हथियारों, गोले, निर्माण भागों के उत्पादन के लिए किया जाता था।

रूस में, 16वीं शताब्दी में सक्रिय रूप से कच्चा लोहा का उत्पादन शुरू हुआ और फिर तेजी से विस्तारित हुआ। पीटर I के समय में, रूसी साम्राज्य लोहे के उत्पादन के मामले में दुनिया के सभी देशों को बायपास करने में सक्षम था, लेकिन सौ साल बाद लौह धातु बाजार में फिर से जमीन खोना शुरू कर दिया।

मध्य युग के बाद से कला के विभिन्न कार्यों को बनाने के लिए कास्ट आयरन का उपयोग किया गया है। विशेष रूप से, 10 वीं शताब्दी में, चीनी आचार्यों ने एक शेर की वास्तव में अनूठी आकृति डाली, जिसका वजन 100 टन से अधिक था। जर्मनी में 15वीं शताब्दी से शुरू होकर, और उसके बाद अन्य देशों में, ढलवां लोहे की ढलाई व्यापक हो गई। इससे बाड़, जाली, पार्क की मूर्तियां, उद्यान फर्नीचर, समाधि के पत्थर बनाए गए थे।

18वीं शताब्दी के अंतिम वर्षों में रूस की वास्तुकला में लोहे की ढलाई सबसे अधिक शामिल थी। और 19वीं शताब्दी को आम तौर पर "कच्चा लोहा युग" कहा जाता था, क्योंकि मिश्र धातु का वास्तुकला में बहुत सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता था।

विशेषताएं

विभिन्न प्रकार हैंकच्चा लोहा, हालांकि, इस धातु यौगिक का औसत गलनांक लगभग 1200 डिग्री सेल्सियस है। स्टीलमेकिंग के लिए यह आंकड़ा आवश्यकता से 250-300 डिग्री कम है। यह अंतर एक उच्च कार्बन सामग्री के साथ जुड़ा हुआ है, जो आणविक स्तर पर लोहे के परमाणुओं के साथ इसके कम घनिष्ठ बंधन की ओर जाता है।

गलने और बाद में क्रिस्टलीकरण के समय, कच्चा लोहा में निहित कार्बन के पास लोहे की आणविक जाली में पूरी तरह से प्रवेश करने का समय नहीं होता है, और इसलिए कच्चा लोहा अंततः काफी भंगुर हो जाता है। इस संबंध में, इसका उपयोग नहीं किया जाता है जहां निरंतर गतिशील भार होते हैं। लेकिन साथ ही, यह उन हिस्सों के लिए उत्कृष्ट है जिनकी ताकत की आवश्यकता बढ़ गई है।

उत्पादन तकनीक

बिल्कुल सभी प्रकार के कच्चा लोहा एक ब्लास्ट फर्नेस में उत्पन्न होते हैं। दरअसल, गलाने की प्रक्रिया अपने आप में एक श्रमसाध्य गतिविधि है जिसके लिए गंभीर सामग्री निवेश की आवश्यकता होती है। एक टन पिग आयरन के लिए लगभग 550 किलोग्राम कोक और लगभग एक टन पानी की आवश्यकता होती है। भट्ठी में लोड किए गए अयस्क की मात्रा लोहे की सामग्री पर निर्भर करेगी। सबसे अधिक बार, अयस्क का उपयोग किया जाता है, जिसमें लोहा कम से कम 70% होता है। तत्व की कम सांद्रता अवांछनीय है, क्योंकि इसका उपयोग करना अलाभकारी होगा।

प्रथम चरण का निर्माण

गलने वाला लोहा इस प्रकार है। सबसे पहले, अयस्क को भट्ठी में डाला जाता है, साथ ही साथ कोकिंग कोल ग्रेड, जो भट्ठी शाफ्ट के अंदर आवश्यक तापमान पर दबाव बनाने और बनाए रखने का काम करते हैं। इसके अलावा, दहन प्रक्रिया के दौरान ये उत्पाद चल रही रासायनिक प्रतिक्रियाओं में सक्रिय रूप से शामिल होते हैंलोहे को कम करने वाले एजेंटों की भूमिका।

उसी समय भट्ठी में एक फ्लक्स लोड किया जाता है, जो उत्प्रेरक का काम करता है। यह चट्टानों को तेजी से पिघलने में मदद करता है, जो लोहे की रिहाई को बढ़ावा देता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि भट्ठी में लोड होने से पहले अयस्क को एक विशेष पूर्व-उपचार से गुजरना पड़ता है। इसे क्रशिंग प्लांट में कुचला जाता है (छोटे कण तेजी से पिघलते हैं)। फिर इसे धातु मुक्त कणों को हटाने के लिए धोया जाता है। उसके बाद कच्चे माल को जलाया जाता है, इससे उसमें से सल्फर और अन्य विदेशी तत्व निकल जाते हैं।

उत्पादन का दूसरा चरण

भट्ठी में प्राकृतिक गैस की आपूर्ति की जाती है और विशेष बर्नर के माध्यम से संचालन के लिए तैयार किया जाता है। कोक कच्चे माल को गर्म करता है। इस मामले में, कार्बन निकलता है, जो ऑक्सीजन के साथ मिलकर एक ऑक्साइड बनाता है। यह ऑक्साइड बाद में अयस्क से लोहे की वसूली में भाग लेता है। ध्यान दें कि भट्ठी में गैस की मात्रा में वृद्धि के साथ, रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कम हो जाती है, और जब एक निश्चित अनुपात तक पहुंच जाता है, तो यह पूरी तरह से बंद हो जाता है।

अतिरिक्त कार्बन पिघल में प्रवेश करता है और लोहे के साथ जुड़ जाता है, अंततः कच्चा लोहा बनता है। वे सभी तत्व जो पिघले नहीं हैं वे सतह पर हैं और अंततः हटा दिए जाते हैं। इस कचरे को स्लैग कहा जाता है। इसका उपयोग अन्य सामग्रियों के उत्पादन के लिए भी किया जा सकता है। इस तरह से प्राप्त कच्चे लोहे के प्रकार को फाउंड्री और पिग आयरन कहा जाता है।

भेदभाव

कच्चा लोहा का आधुनिक वर्गीकरण इन मिश्र धातुओं को निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित करता है:

• सफेद।
• आधा।
• फ्लेक ग्रेफाइट के साथ ग्रे।
• उच्च शक्ति गांठदार ग्रेफाइट।
• नमनीय।

आइए प्रत्येक को अलग-अलग देखें।

सफेद कच्चा लोहा

यह कच्चा लोहा वह है जिसमें लगभग सभी कार्बन रासायनिक रूप से बंधे होते हैं। मैकेनिकल इंजीनियरिंग में, इस मिश्र धातु का उपयोग अक्सर नहीं किया जाता है, क्योंकि यह कठिन है, लेकिन बहुत भंगुर है। इसके अलावा, इसे विभिन्न काटने के उपकरणों के साथ मशीनीकृत नहीं किया जा सकता है, और इसलिए इसका उपयोग उन भागों की ढलाई के लिए किया जाता है जिन्हें किसी प्रसंस्करण की आवश्यकता नहीं होती है। हालांकि इस प्रकार का कच्चा लोहा अपघर्षक पहियों के साथ पीसने की अनुमति देता है। सफेद कच्चा लोहा साधारण और मिश्र धातु दोनों हो सकता है। उसी समय, वेल्डिंग यह कठिनाइयों का कारण बनता है, क्योंकि यह शीतलन या हीटिंग के दौरान विभिन्न दरारें बनाने के साथ-साथ वेल्डिंग बिंदु पर बनने वाली संरचना की विविधता के कारण भी होता है।

सफ़ेद पहनने के लिए प्रतिरोधी कच्चा लोहा तेजी से ठंडा होने के दौरान एक तरल मिश्र धातु के प्राथमिक क्रिस्टलीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। वे आमतौर पर शुष्क घर्षण अनुप्रयोगों (जैसे ब्रेक पैड) या बढ़े हुए पहनने और गर्मी प्रतिरोध (रोलिंग मिल रोल) वाले भागों के उत्पादन के लिए उपयोग किए जाते हैं।

वैसे, सफेद कास्ट आयरन को इसका नाम इसलिए पड़ा क्योंकि इसके फ्रैक्चर की उपस्थिति एक हल्की-क्रिस्टलीय, चमकदार सतह है। इस कास्ट आयरन की संरचना लेडब्यूराइट, पेर्लाइट और सेकेंडरी सीमेंटाइट का संयोजन है। यदि इस ढलवां लोहे को मिश्रधातु में मिला दिया जाए, तो पर्लाइट किसमें परिवर्तित हो जाता है?ट्रोस्टाइट, ऑस्टेनाइट या मार्टेंसाइट।

आधा कच्चा लोहा

धातु मिश्र धातु की इस किस्म का उल्लेख किए बिना कच्चा लोहा का वर्गीकरण अधूरा होगा।

यह कच्चा लोहा इसकी संरचना में कार्बाइड यूटेक्टिक्स और ग्रेफाइट के संयोजन की विशेषता है। सामान्य तौर पर, पूर्ण संरचना में निम्नलिखित रूप होते हैं: ग्रेफाइट, पर्लाइट, लेडबुराइट। यदि कच्चा लोहा गर्मी उपचार या मिश्र धातु के अधीन है, तो इससे ऑस्टेनाइट, मार्टेंसाइट या एसिकुलर ट्रोस्टाइट का निर्माण होगा।

इस प्रकार का कच्चा लोहा काफी भंगुर होता है, इसलिए इसका उपयोग बहुत सीमित होता है। मिश्र धातु को इसका नाम इसलिए मिला क्योंकि इसका फ्रैक्चर क्रिस्टलीय संरचना के अंधेरे और हल्के क्षेत्रों का संयोजन है।

सबसे आम इंजीनियरिंग सामग्री

ग्रे कास्ट आयरन GOST 1412-85 में लगभग 3.5% कार्बन, 1.9 से 2.5% सिलिकॉन, 0.8% मैंगनीज तक, 0.3% फॉस्फोरस तक और 0 से कम, 12% सल्फर होता है।

ऐसे कास्ट आयरन में ग्रेफाइट का लैमेलर आकार होता है। इसमें विशेष संशोधन की आवश्यकता नहीं है।

ग्रेफाइट प्लेटों का एक मजबूत कमजोर प्रभाव होता है और इसलिए ग्रे कास्ट आयरन को बहुत कम प्रभाव शक्ति और बढ़ाव की लगभग पूर्ण अनुपस्थिति (0.5% से कम) की विशेषता होती है।

ग्रे कास्ट आयरन अच्छी तरह से तैयार किया जाता है। मिश्र धातु संरचना इस प्रकार हो सकती है:

• फेराइट-ग्रेफाइट।
• फेराइट-पर्लाइट-ग्रेफाइट।
• पेरलाइट-ग्रेफाइट।

ग्रे कास्ट आयरन टेंशन की तुलना में कंप्रेशन में ज्यादा बेहतर काम करता है। वह भीवेल्ड काफी अच्छी तरह से होता है, लेकिन इसके लिए प्रीहीटिंग की आवश्यकता होती है, और सिलिकॉन और कार्बन की उच्च सामग्री वाले विशेष कास्ट आयरन रॉड्स को फिलर सामग्री के रूप में उपयोग किया जाना चाहिए। पहले से गरम किए बिना, वेल्डिंग मुश्किल होगी क्योंकि कच्चा लोहा वेल्ड क्षेत्र में ब्लीच करेगा।

ग्रे कास्ट आयरन का उपयोग उन हिस्सों को बनाने के लिए किया जाता है जो बिना शॉक लोडिंग (पुली, कवर, बेड) के काम करते हैं।

इस कच्चा लोहा का पदनाम निम्नलिखित सिद्धांत के अनुसार होता है: SCH 25-52। दो अक्षरों से संकेत मिलता है कि यह ग्रे कास्ट आयरन है, संख्या 25 तन्य शक्ति का संकेतक है (एमपीए या किग्रा / मिमी 2 में), संख्या 52 इस समय तन्य शक्ति है झुकने का।

नमनीय लोहा

गांठदार कच्चा लोहा अपने अन्य "भाइयों" से मौलिक रूप से अलग है क्योंकि इसमें गांठदार ग्रेफाइट होता है। यह तरल मिश्र धातु में विशेष संशोधक (Mg, Ce) को पेश करके प्राप्त किया जाता है। ग्रेफाइट समावेशन की संख्या और उनके रैखिक आयाम भिन्न हो सकते हैं।

गोलाकार ग्रेफाइट के बारे में क्या अच्छा है? तथ्य यह है कि ऐसा रूप धातु के आधार को कम से कम कमजोर करता है, जो बदले में, मोती, फेरिटिक या मोती-फेरिटिक हो सकता है।

गर्मी उपचार या मिश्र धातु के उपयोग के कारण, कच्चा लोहा आधार एसिकुलर-ट्रोस्टाइट, मार्टेंसिटिक, ऑस्टेनिटिक हो सकता है।

नमनीय लोहे के ग्रेड भिन्न होते हैं, लेकिन सामान्य शब्दों में, इसका पदनाम इस प्रकार है: वीसीएच 40-5। यह अनुमान लगाना आसान है कि एचएफ उच्च शक्ति वाला कच्चा लोहा है, संख्या 40 एक संकेतक हैतन्य शक्ति (kgf/mm2), संख्या 5 बढ़ाव के सापेक्ष है, जिसे प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है।

नमनीय लोहा

नमनीय लोहे की संरचना में परतदार या गोलाकार रूप में ग्रेफाइट की उपस्थिति होती है। इसी समय, परतदार ग्रेफाइट में अलग-अलग सुंदरता और कॉम्पैक्टनेस हो सकती है, जो बदले में, कच्चा लोहा के यांत्रिक गुणों पर सीधा प्रभाव डालती है।

औद्योगिक तन्य लौह अक्सर एक फेरिटिक आधार के साथ निर्मित होता है, जो अधिक लचीलापन प्रदान करता है।

फेरिटिक डक्टाइल आयरन की फ्रैक्चर उपस्थिति में काले मखमली रूप होते हैं। संरचना में पेर्लाइट की मात्रा जितनी अधिक होगी, फ्रैक्चर उतना ही हल्का होगा।

सामान्य तौर पर, नमनीय लोहा सफेद लोहे की ढलाई से प्राप्त होता है, जो भट्टियों में लंबे समय तक 800-950 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म होने के कारण होता है।

आज, तन्य लौह बनाने के दो तरीके हैं: यूरोपीय और अमेरिकी।

अमेरिकी पद्धति में मिश्र धातु को 800-850 डिग्री के तापमान पर रेत में घोलना है। इस प्रक्रिया में, ग्रेफाइट शुद्धतम लोहे के दानों के बीच स्थित होता है। नतीजतन, कच्चा लोहा चिपचिपा हो जाता है।

यूरोपीय पद्धति में लौह अयस्क में ढलाई का काम कम हो रहा है। वहीं तापमान करीब 850-950 डिग्री सेल्सियस रहता है। कार्बन लौह अयस्क में जाता है, जिसके कारण कास्टिंग की सतह परत डीकार्बराइज्ड हो जाती है और नरम हो जाती है। कच्चा लोहा निंदनीय हो जाता है, जबकि कोर भंगुर रहता है।

निंदनीय लोहे का अंकन: केसीएच 40-6, जहां केसीएच निश्चित रूप से निंदनीय लोहा है; 40 - तन्य शक्ति सूचकांक;6 - बढ़ाव, %.

अन्य संकेतक

ताकत के आधार पर कच्चा लोहा के विभाजन के लिए, निम्नलिखित वर्गीकरण यहाँ लागू होता है:

• विशिष्ट ताकत: v अप करने के लिए 20 किग्रा/मिमी2.
• बढ़ी हुई ताकत: σv=20 - 38 किग्रा/मिमी2।
• उच्च शक्ति: σv=40 किग्रा/मिमी2 और अधिक।

लचीलापन के अनुसार, कच्चा लोहा में विभाजित हैं:

• लचीला - 1% से कम बढ़ाव।
• लो प्लास्टिक - 1% से 5% तक।
• प्लास्टिक - 5% से 10% तक।
• बढ़ी हुई प्लास्टिसिटी - 10% से अधिक।

निष्कर्ष में, मैं यह भी नोट करना चाहूंगा कि किसी भी कच्चा लोहा के गुण डालने के आकार और प्रकृति से भी काफी प्रभावित होते हैं।