नमनीय लोहा: गुण, अंकन और दायरा

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-02 13:55

कच्चा लोहा 2.14 से 6.67% तक कार्बन सामग्री सी के साथ एक कठोर, संक्षारण प्रतिरोधी, लेकिन भंगुर लौह-कार्बन मिश्र धातु है। विशिष्ट कमियों की उपस्थिति के बावजूद, इसके कई प्रकार, गुण, अनुप्रयोग हैं। नमनीय लोहे का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

इतिहास

यह सामग्री ईसा पूर्व चौथी शताब्दी से जानी जाती है। इ। इसकी चीनी जड़ें छठी शताब्दी में हैं। ईसा पूर्व इ। यूरोप में, मिश्र धातु के औद्योगिक उत्पादन का पहला उल्लेख 14 वीं और रूस में - 16 वीं शताब्दी में मिलता है। लेकिन नमनीय लोहे के उत्पादन की तकनीक का रूस में 19वीं शताब्दी में पेटेंट कराया गया था। बाद में ए डी एनोसोव द्वारा विकसित किया गया।

चूंकि ग्रे कास्ट आयरन कम यांत्रिक गुणों के कारण उपयोग में सीमित हैं, और स्टील्स महंगे हैं और कम कठोरता और स्थायित्व है, इसलिए एक विश्वसनीय, टिकाऊ, कठोर धातु बनाने के साथ-साथ ताकत बढ़ाने का सवाल उठता है। और एक निश्चित प्लास्टिसिटी।

कच्चा लोहा बनाना संभव नहीं है, लेकिन इसकी नमनीय विशेषताओं के कारण, यह कुछ प्रकार के दबाव उपचार (उदाहरण के लिए, मुद्रांकन) के लिए उधार देता है।

उत्पादन

मुख्य मार्ग -ब्लास्ट फर्नेस में गलाना।

ब्लास्ट फर्नेस प्रसंस्करण के लिए फीडस्टॉक:

• बैच - लौह अयस्क जिसमें फेरम ऑक्साइड के रूप में धातु होती है।
• ईंधन - कोक और प्राकृतिक गैस।
• ऑक्सीजन - विशेष लांस के माध्यम से अंतःक्षेपण।
• फ्लक्स मैंगनीज और (या) सिलिकॉन पर आधारित रासायनिक संरचनाएं हैं।

विस्फोट-भट्ठी के चरण:

1. लांस के माध्यम से आपूर्ति की गई ऑक्सीजन के साथ लौह अयस्क की रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा शुद्ध लोहे की वसूली।
2. कोक का दहन और कार्बन ऑक्साइड का निर्माण।
3. सीओ और सीओ के साथ प्रतिक्रियाओं में शुद्ध लोहे का कार्बराइजेशन_2।
4. Fe की संतृप्ति_{3C मैंगनीज और सिलिकॉन के साथ, आवश्यक आउटपुट गुणों के आधार पर।}
5. तैयार धातु को कास्ट-आयरन टैहोल के माध्यम से सांचों में डालना; स्लैग टैपहोल्स के माध्यम से स्लैग डिस्चार्ज।

कार्य चक्र के अंत में, ब्लास्ट फर्नेस में पिग आयरन, स्लैग और ब्लास्ट-फर्नेस गैसें प्राप्त होती हैं।

ब्लास्ट फर्नेस धातु उत्पाद

शीतलन दर, सूक्ष्म संरचना, कार्बन और एडिटिव्स के साथ संतृप्ति के आधार पर, कई प्रकार के कच्चा लोहा प्राप्त करना संभव है:

1. खरीदा (सफेद): बंधुआ कार्बन, प्राथमिक सीमेंटाइट। उनका उपयोग अन्य लौह-कार्बन मिश्र धातुओं को गलाने, प्रसंस्करण के लिए कच्चे माल के रूप में किया जाता है। उत्पादित सभी ब्लास्ट फर्नेस मिश्र धातु का 80% तक।
2. फाउंड्री (ग्रे): कार्बन पूरी तरह या आंशिक रूप से मुक्त ग्रेफाइट के रूप में, अर्थात् इसकी प्लेट। कम-जिम्मेदारी वाले शरीर के अंगों के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है। उत्पादित ब्लास्ट-फर्नेस कास्टिंग का 19% तक।
3. विशेष: लौह मिश्र धातुओं से भरपूर। उत्पादन के अनुमानित प्रकार का 1-2%।

नमकीय लोहा पिग आयरन के ताप उपचार द्वारा प्राप्त किया जाता है।

लौह-कार्बन संरचनाओं का सिद्धांत

फेरम के साथ कार्बन क्रिस्टल जाली के प्रकार के अनुसार कई अलग-अलग प्रकार के मिश्र धातु बना सकता है, जो माइक्रोस्ट्रक्चर विकल्प पर प्रदर्शित होता है।

1. α-iron-ferrite में ठोस विलयन प्रवेश।
2. γ-आयरन - ऑस्टेनाइट में ठोस घोल का प्रवेश।
3. रासायनिक निर्माण Fe_{3C (बाध्य अवस्था) – सीमेंटाइट। प्राथमिक एक तरल पिघल से तेजी से ठंडा होने से बनता है। माध्यमिक - धीमी तापमान में कमी, ऑस्टेनाइट से। तृतीयक - फेराइट से क्रमिक शीतलन।}
4. फेराइट और सीमेंटाइट के दानों का यांत्रिक मिश्रण - पेर्लाइट।
5. पेर्लाइट या ऑस्टेनाइट और सीमेंटाइट के दानों का यांत्रिक मिश्रण - लेडबुराइट।

कच्चा लोहा में एक विशेष सूक्ष्म संरचना होती है। ग्रेफाइट एक बाध्य रूप में हो सकता है और उपरोक्त संरचनाओं का निर्माण कर सकता है, या यह विभिन्न समावेशन के रूप में एक मुक्त अवस्था में हो सकता है। गुण मुख्य अनाज और इन संरचनाओं दोनों से प्रभावित होते हैं। धातु में ग्रेफाइट अंश प्लेट, फ्लेक्स या गेंद होते हैं।

लैमेलर आकार ग्रे आयरन-कार्बन मिश्र धातुओं की विशेषता है। यह उन्हें नाजुक और अविश्वसनीय बनाता है।

परत-जैसे समावेशन में निंदनीय कच्चा लोहा होता है, जो उनके यांत्रिक प्रदर्शन पर सकारात्मक प्रभाव डालता है।

ग्रेफाइट की गोलाकार संरचना और भी अधिकधातु की गुणवत्ता में सुधार, कठोरता, विश्वसनीयता, महत्वपूर्ण भार के संपर्क में वृद्धि को प्रभावित करता है। उच्च शक्ति वाले कच्चा लोहा में ये विशेषताएं हैं। लचीला कच्चा लोहा परतदार ग्रेफाइट समावेशन की उपस्थिति के साथ फेरिटिक या मोती के आधारों द्वारा अपने गुणों को निर्धारित करता है।

फेरिटिक डक्टाइल आयरन का उत्पादन

यह 2.4-2.8% की कार्बन सामग्री के साथ सिल्लियां और उनके अनुरूप एडिटिव्स की उपस्थिति (Mn, Si, S, P) की उपस्थिति के द्वारा एक सफेद सुअर हाइपोएक्टेक्टॉइड लो-कार्बन मिश्र धातु से निर्मित होता है। एनील्ड भागों की दीवारों की मोटाई 5 सेमी से अधिक नहीं होनी चाहिए। महत्वपूर्ण मोटाई की ढलाई के लिए, ग्रेफाइट में प्लेटों का रूप होता है और वांछित गुण प्राप्त नहीं होते हैं।

फेरिटिक बेस के साथ डक्टाइल आयरन प्राप्त करने के लिए, धातु को विशेष बक्सों में रखा जाता है और रेत के साथ छिड़का जाता है। कसकर बंद कंटेनरों को हीटिंग भट्टियों में रखा जाता है। एनीलिंग के दौरान क्रियाओं के निम्नलिखित क्रम को पूरा करें:

1. संरचनाओं को ओवन में 1,000 C के तापमान पर गर्म किया जाता है और 10 से 24 घंटे की अवधि के लिए निरंतर गर्मी पर खड़े रहने के लिए छोड़ दिया जाता है। नतीजतन, प्राथमिक सीमेंटाइट और लेडब्यूराइट विघटित हो जाते हैं।
2. भट्ठी के साथ धातु को 720 तक ठंडा किया जाता है।
3. 720 के तापमान पर उन्हें लंबे समय तक रखा जाता है: 15 से 30 घंटे तक। यह तापमान द्वितीयक सीमेंटाइट का अपघटन सुनिश्चित करता है।
4. अंतिम चरण में, उन्हें फिर से काम करने वाले स्टोव के साथ 500 तक ठंडा किया जाता है, और फिर हवा में निकाल दिया जाता है।

ऐसी तकनीकी एनीलिंग को ग्राफ़िटाइज़िंग कहा जाता है।

किए गए कार्य के बाद, सामग्री की सूक्ष्म संरचना हैपरतदार ग्रेफाइट अनाज के साथ फेराइट। इस प्रकार को "ब्लैक-हार्टेड" कहा जाता है क्योंकि ब्रेक ब्लैक है।

पर्लिटिक डक्टाइल आयरन का उत्पादन

यह एक प्रकार का लौह-कार्बन मिश्र धातु है, जो हाइपोयूटेक्टॉइड सफेद से भी उत्पन्न होता है, लेकिन इसमें कार्बन की मात्रा बढ़ जाती है: 3-3.6%। पर्लाइट बेस के साथ कास्टिंग प्राप्त करने के लिए, उन्हें बक्से में रखा जाता है और कुचल लौह अयस्क या स्केल के साथ छिड़का जाता है। एनीलिंग प्रक्रिया ही सरल है।

1. धातु का तापमान 60-100 घंटे तक रखने पर 1,000 C तक बढ़ जाता है।
2. डिजाइनों को ओवन से ठंडा किया जाता है।

गर्मी के प्रभाव में सुस्ती के कारण धातु के वातावरण में विसरण होता है: सीमेंटाइट क्षय में छोड़ा गया ग्रेफाइट आंशिक रूप से एनाल्ड भागों की सतह परत को छोड़ देता है, अयस्क या स्केल की सतह पर बस जाता है। एक कठोर केंद्र के साथ "सफ़ेद-हृदय" नमनीय लोहे की एक नरम, अधिक नमनीय और नमनीय ऊपरी परत प्राप्त की जाती है।

ऐसी एनीलिंग अधूरी कहलाती है। यह संबंधित ग्रेफाइट के साथ लैमेलर पेर्लाइट में सीमेंटाइट और लेडब्यूराइट के विघटन को सुनिश्चित करता है। यदि उच्च प्रभाव शक्ति और तन्यता के साथ दानेदार पर्लिटिक डक्टाइल आयरन की आवश्यकता होती है, तो सामग्री का अतिरिक्त ताप 720 तक लगाया जाता है। इसके परिणामस्वरूप परतदार ग्रेफाइट समावेशन के साथ मोती के दाने बनते हैं।

फेरिटिक डक्टाइल आयरन के गुण, चिह्न और अनुप्रयोग

भट्टी में धातु के लंबे समय तक खराब रहने से सीमेंटाइट और लेडब्यूराइट का फेराइट में पूर्ण क्षय हो जाता है। करने के लिए धन्यवादतकनीकी चालें, एक उच्च कार्बन सामग्री वाला एक मिश्र धातु प्राप्त होता है - कम कार्बन स्टील की एक फेरिटिक संरचना विशेषता। हालाँकि, कार्बन स्वयं कहीं भी गायब नहीं होता है - यह लोहे से बंधी अवस्था से मुक्त अवस्था में जाता है। तापमान प्रभाव ग्रेफाइट समावेशन के आकार को परतदार में बदल देता है।

फेरिटिक संरचना कठोरता में कमी, शक्ति मूल्यों में वृद्धि, प्रभाव शक्ति और लचीलापन जैसी विशेषताओं की उपस्थिति का कारण बनती है।

फेरिटिक वर्ग के नमनीय लोहे का अंकन: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, कहा पे:

केसीएच - किस्म पदनाम - निंदनीय;

30, 33, 35, 37: σ_v, 300, 330, 350, 370 एन/मिमी^{2 - अधिकतम भार कि वह बिना टूटे झेल सके;}

6, 8, 10, 12 - आपेक्षिक बढ़ाव,, % - तन्यता सूचकांक (मूल्य जितना अधिक होगा, धातु को दबाव द्वारा संसाधित किया जा सकता है)।

कठोरता - लगभग 100-160 एचबी।

यह सामग्री, अपने प्रदर्शन के मामले में, स्टील और ग्रे आयरन-कार्बन मिश्र धातु के बीच एक मध्य स्थान रखती है। फेरिटिक बेस के साथ डक्टाइल कास्ट आयरन पहनने के प्रतिरोध, जंग और थकान शक्ति के मामले में पर्लिटिक से नीच है, लेकिन यांत्रिक सहनशक्ति, लचीलापन और कास्टिंग विशेषताओं के मामले में उच्च है। इसकी कम कीमत के कारण, यह कम और मध्यम भार के तहत काम करने वाले भागों के निर्माण के लिए उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: गियर, क्रैंककेस, रियर एक्सल, प्लंबिंग।

पर्लिटिक डक्टाइल आयरन के गुण, चिह्न और अनुप्रयोग

अपूर्ण एनीलिंग के कारण, प्राथमिक, द्वितीयक सीमेंटाइट और लेडब्यूराइट के पास ऑस्टेनाइट में पूरी तरह से घुलने का समय होता है, जो 720 के तापमान पर पर्लाइट में बदल जाता है। उत्तरार्द्ध फेराइट और तृतीयक सीमेंटाइट के अनाज का एक यांत्रिक मिश्रण है। दरअसल, कार्बन का हिस्सा एक बाध्य रूप में रहता है, संरचना को निर्धारित करता है, और भाग परतदार ग्रेफाइट में "मुक्त" होता है। इस मामले में, पेर्लाइट लैमेलर या दानेदार हो सकता है। इस प्रकार पर्लिटिक डक्टाइल आयरन बनता है। इसके गुण इसकी संतृप्त, सख्त और कम लचीली संरचना के कारण हैं।

ये, फेरिटिक की तुलना में, उच्च विरोधी जंग, पहनने के लिए प्रतिरोधी गुण हैं, उनकी ताकत बहुत अधिक है, लेकिन कम कास्टिंग विशेषताओं और लचीलापन है। उत्पाद के मूल की कठोरता और चिपचिपाहट को बनाए रखते हुए, यांत्रिक तनाव की व्यवहार्यता को सतही रूप से बढ़ाया जाता है।

नंदनीय कच्चा लोहा मोती वर्ग का अंकन: KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

पहला अंक शक्ति पदनाम है: 450, 500, 560, 600, 650, 700 और 800 N/mm2 क्रमशः।

दूसरा - प्लास्टिसिटी का पदनाम: बढ़ाव δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 और 1, 5.

मेकेनिकल इंजीनियरिंग और इंस्ट्रूमेंटेशन में पर्लिटिक निंदनीय कच्चा लोहा का उपयोग भारी भार के तहत काम करने वाली संरचनाओं के लिए किया गया है - स्थिर और गतिशील दोनों: कैंषफ़्ट, क्रैंकशाफ्ट, क्लच पार्ट्स, पिस्टन, कनेक्टिंग रॉड।

गर्मी उपचार

गर्मी उपचार के परिणामस्वरूप प्राप्त सामग्री, अर्थात् एनीलिंग, को पुनः प्राप्त किया जा सकता हैतापमान के प्रभाव के अधीन हो। उनका मुख्य लक्ष्य ताकत को और बढ़ाना, पहनने के प्रतिरोध, जंग और उम्र बढ़ने के प्रतिरोध को बढ़ाना है।

1. हार्डनिंग का उपयोग उच्च कठोरता और कठोरता की आवश्यकता वाली संरचनाओं के लिए किया जाता है; 900 तक गर्म करके उत्पादित, भागों को मशीन के तेल का उपयोग करके लगभग 100 /सेकंड की औसत दर से ठंडा किया जाता है। इसके बाद 650˚С तक गर्म करने और एयर कूलिंग के साथ उच्च तड़का लगाया जाता है।
2. मध्यम आकार के साधारण भागों के लिए सामान्यीकरण का उपयोग ओवन में 900 तक गर्म करके, इस तापमान पर 1 से 1.5 घंटे की अवधि के लिए और फिर हवा में ठंडा करके किया जाता है। ट्रोस्टाइट दानेदार पेर्लाइट, घर्षण और पहनने में इसकी कठोरता और विश्वसनीयता प्रदान करता है। इसका उपयोग मोती के आधार के साथ घर्षण-विरोधी निंदनीय कच्चा लोहा प्राप्त करने के लिए किया जाता है।
3. एंटीफ्रिक्शन के निर्माण में एनीलिंग को दोहराया जाता है: हीटिंग - 900 तक, इस गर्मी में लंबे समय तक होल्डिंग, भट्ठी के साथ मिलकर ठंडा करना। घर्षण रोधी तन्य लोहे की फेरिटिक या फेरिटिक-पर्लिटिक संरचना प्रदान की जाती है।

कच्चा लोहा उत्पादों का ताप स्थानीय रूप से या संयोजन में किया जा सकता है। स्थानीय उपयोग के लिए, उच्च आवृत्ति धाराएं या एसिटिलीन लौ (सख्त)। जटिल के लिए - हीटिंग भट्टियां। स्थानीय हीटिंग के साथ, केवल ऊपरी परत कठोर हो जाती है, जबकि इसकी कठोरता और ताकत बढ़ जाती है, लेकिन कोर की प्लास्टिसिटी और चिपचिपाहट बनी रहती है।

यहां यह बताना महत्वपूर्ण है कि अपर्याप्त यांत्रिकी के कारण ही कच्चा लोहा बनाना असंभव हैविशेषताओं, लेकिन तेज तापमान ड्रॉप के प्रति इसकी उच्च संवेदनशीलता के कारण भी, जो पानी के ठंडा होने के साथ सख्त होने पर अपरिहार्य है।

एंटी-फ्रिक्शन डक्टाइल आयरन

यह किस्म निंदनीय और मिश्रधातु दोनों पर लागू होती है, वे ग्रे (एएसएफ), निंदनीय (एएससी) और उच्च शक्ति (एसीएस) हैं। डक्टाइल आयरन का उपयोग ACHK के उत्पादन के लिए किया जाता है, जिसे एनील्ड या सामान्यीकृत किया जाता है। प्रक्रियाओं को इसके यांत्रिक गुणों को बढ़ाने और एक नई विशेषता बनाने के लिए किया जाता है - अन्य भागों के साथ घर्षण के दौरान प्रतिरोध पहनते हैं।

चिह्नित: एसीएचके-1, एसीएचके-2। इसका उपयोग क्रैंकशाफ्ट, गियर, बियरिंग्स के उत्पादन के लिए किया जाता है।

गुणों पर योजकों का प्रभाव

लौह-कार्बन बेस और ग्रेफाइट के अलावा, इनमें अन्य घटक भी होते हैं जो कच्चा लोहा के गुणों को भी निर्धारित करते हैं: मैंगनीज, सिलिकॉन, फास्फोरस, सल्फर, और कुछ मिश्र धातु तत्व।

मंगन तरल धातु की तरलता, संक्षारण प्रतिरोध और पहनने के प्रतिरोध को बढ़ाता है। यह कठोरता और ताकत बढ़ाने में मदद करता है, रासायनिक सूत्र Fe_{3C में लोहे के साथ कार्बन को बांधता है, दानेदार पेर्लाइट का निर्माण करता है।}

सिलिकॉन का तरल मिश्र धातु की तरलता पर भी सकारात्मक प्रभाव पड़ता है, सीमेंटाइट के अपघटन और ग्रेफाइट समावेशन की रिहाई को बढ़ावा देता है।

सल्फर एक नकारात्मक लेकिन अपरिहार्य घटक है। यह यांत्रिक और रासायनिक गुणों को कम करता है, दरारों के गठन को उत्तेजित करता है। हालांकि, अन्य तत्वों (उदाहरण के लिए, मैंगनीज के साथ) के साथ इसकी सामग्री का तर्कसंगत अनुपात अनुमति देता हैसही सूक्ष्म संरचनात्मक प्रक्रियाएं। तो, 0.8-1.2 के एमएन-एस अनुपात पर, तापमान प्रभाव के किसी भी समय पेर्लाइट को संरक्षित किया जाता है। जब अनुपात को बढ़ाकर 3 कर दिया जाता है, तो निर्दिष्ट मापदंडों के आधार पर कोई भी आवश्यक संरचना प्राप्त करना संभव हो जाता है।

फास्फोरस तरलता को बेहतर के लिए बदलता है, ताकत को प्रभावित करता है, प्रभाव शक्ति और लचीलापन को कम करता है, ग्राफिटाइजेशन की अवधि को प्रभावित करता है।

क्रोमियम और मोलिब्डेनम ग्रेफाइट के गुच्छे के निर्माण में बाधा डालते हैं, कुछ सामग्री में वे दानेदार पेर्लाइट के निर्माण में योगदान करते हैं।

टंगस्टन उच्च तापमान क्षेत्रों में पहनने के प्रतिरोध में सुधार करता है।

एल्यूमीनियम, निकल, तांबा रेखांकन में योगदान करते हैं।

लौह-कार्बन मिश्र धातु बनाने वाले रासायनिक तत्वों की मात्रा और उनके अनुपात को समायोजित करके, कच्चा लोहा के अंतिम गुणों को प्रभावित करना संभव है।

फायदे और नुकसान

नमनीय लोहा एक ऐसी सामग्री है जिसका व्यापक रूप से इंजीनियरिंग में उपयोग किया जाता है। इसके मुख्य लाभ:

• उच्च कठोरता, पहनने के प्रतिरोध, तरलता के साथ शक्ति;
• सामान्य क्रूरता और लचीलापन विशेषताओं;
• ग्रे कास्ट आयरन के विपरीत, बनाने में विनिर्माण क्षमता;
• ऊष्मीय और रासायनिक-थर्मल उपचार के तरीकों द्वारा एक विशिष्ट भाग के लिए गुणों को सही करने के लिए विभिन्न विकल्प;
• कम लागत।

नुकसान में व्यक्तिगत विशेषताएं शामिल हैं:

• नाजुकता;
• ग्रेफाइट समावेशन की उपस्थिति;
• खराब काटने का प्रदर्शन;
• कास्टिंग का काफी वजन।

मौजूदा कमियों के बावजूद, तन्य लौह धातु विज्ञान और इंजीनियरिंग में एक जिम्मेदार स्थान रखता है। क्रैंकशाफ्ट, ब्रेक पैड पार्ट्स, गियर व्हील, पिस्टन, कनेक्टिंग रॉड जैसे महत्वपूर्ण हिस्से इससे बने होते हैं। ग्रेड की एक नगण्य विविधता होने के कारण, नमनीय लोहा उद्योग में एक व्यक्तिगत स्थान रखता है। इसका उपयोग उन भारों के लिए विशिष्ट है जिनमें अन्य सामग्रियों के उपयोग की संभावना नहीं है।