Ketaus tipai, klasifikacija, sudėtis, savybės, žymėjimas ir pritaikymas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Šiandien beveik nėra žmogaus gyvenimo srities, kurioje nebūtų naudojamas ketus. Ši medžiaga žmonijai buvo žinoma gana ilgą laiką ir puikiai pasitvirtino praktiniu požiūriu. Ketaus yra labai įvairių detalių, mazgų ir mechanizmų pagrindas, o kai kuriais atvejais net ir savarankiškas gaminys, galintis atlikti jam priskirtas funkcijas. Todėl šiame straipsnyje daug dėmesio skirsime šiam geležies turinčiam junginiui. Taip pat išsiaiškinsime, kokios yra ketaus rūšys, jų fizines ir chemines savybes.

Apibrėžimas

Ketus yra tikrai unikalus geležies ir anglies lydinys, kuriame Fe yra daugiau nei 90%, o C yra ne daugiau kaip 6,67%, bet ne mažiau kaip 2,14%. Be to, ketaus anglies galima rasti cementito arba grafito pavidalu.

Anglis suteikia lydiniui pakankamai didelį kietumą, tačiau kartu sumažina kaliumą ir lankstumą. Dėl to ketus yra trapi medžiaga. Taip pat į tam tikrų rūšių ketų dedama specialių priedų, kurie junginiui gali suteikti tam tikrų savybių. Legiruojamųjų elementų vaidmuo gali būti: nikelis, chromas, vanadis, aliuminis. Ketaus tankio indeksas yra 7200 kilogramų kubiniame metre. Iš ko galima daryti išvadą, kadketaus svoris yra rodiklis, kurio negalima pavadinti mažu.

Istorijos fonas

Gežies lydymas jau seniai žinomas žmonėms. Pirmasis lydinio paminėjimas datuojamas VI amžiuje prieš Kristų.

Senovėje Kinija gamino gana žemos lydymosi temperatūros ketų. Europoje ketus pradėtas gaminti maždaug XIV amžiuje, kai pirmą kartą buvo pradėtos naudoti aukštakrosnės. Tuo metu toks geležies liejimas buvo naudojamas ginklų, sviedinių, konstrukcijų dalių gamybai.

Rusijoje ketaus gamyba aktyviai prasidėjo XVI amžiuje, o vėliau sparčiai plėtėsi. Petro I laikais Rusijos imperija sugebėjo aplenkti visas pasaulio šalis pagal geležies gamybą, tačiau po šimto metų vėl pradėjo prarasti pozicijas juodosios metalurgijos rinkoje.

Nuo viduramžių ketus buvo naudojamas įvairiems meno kūriniams kurti. Visų pirma, 10 amžiuje Kinijos meistrai išliejo tikrai unikalią liūto figūrą, kurios svoris viršijo 100 tonų. Nuo XV amžiaus Vokietijoje, o vėliau ir kitose šalyse, ketaus liejimas paplito. Iš jo pagamintos tvoros, grotelės, parko skulptūros, sodo baldai, antkapiai.

Paskutiniais XVIII amžiaus metais geležies liejimas buvo labiausiai susijęs su Rusijos architektūra. O XIX amžius paprastai buvo vadinamas „ketaus amžiumi“, nes lydinys buvo labai aktyviai naudojamas architektūroje.

Funkcijos

Yra įvairių tipųketaus, tačiau vidutinė šio metalo junginio lydymosi temperatūra yra apie 1200 laipsnių Celsijaus. Šis skaičius yra 250-300 laipsnių mažesnis nei reikalinga plieno gamybai. Šis skirtumas yra susijęs su gana dideliu anglies kiekiu, dėl kurio molekuliniu lygmeniu su geležies atomais yra mažiau glaudžių ryšių.

Lydymo ir vėlesnės kristalizacijos metu ketaus esanti anglis nespėja visiškai prasiskverbti į molekulinę geležies gardelę, todėl ketus galiausiai pasirodo gana trapus. Šiuo atžvilgiu jis nenaudojamas ten, kur yra nuolatinės dinaminės apkrovos. Tačiau tuo pat metu jis puikiai tinka toms dalims, kurioms keliami didesni stiprumo reikalavimai.

Gamybos technologija

Absoliučiai visų rūšių ketus gaminamas aukštakrosnėje. Tiesą sakant, pats lydymo procesas yra gana daug pastangų reikalaujanti veikla, reikalaujanti rimtų materialinių investicijų. Vienai tonai ketaus reikia apie 550 kilogramų kokso ir beveik tonos vandens. Į krosnį įpilamos rūdos tūris priklausys nuo geležies kiekio. Dažniausiai naudojama rūda, kurioje geležies yra ne mažiau kaip 70 proc. Mažesnė elemento koncentracija yra nepageidautina, nes ją naudoti būtų neekonomiška.

Pirmojo etapo gamyba

Gežis lydoma taip. Visų pirma, į krosnį pilama rūda, taip pat koksinės anglies rūšys, kurios padeda slėgti ir palaikyti reikiamą temperatūrą krosnies šachtoje. Be to, šie produktai degimo proceso metu aktyviai dalyvauja vykstančiose cheminėse reakcijosegeležį mažinančių medžiagų vaidmuo.

Tuo pačiu metu į krosnį įpilamas srautas, kuris tarnauja kaip katalizatorius. Tai padeda uolienoms greičiau tirpti, o tai skatina geležies išsiskyrimą.

Svarbu atkreipti dėmesį, kad prieš kraunant į krosnį rūda yra specialiai apdorojama. Susmulkinama smulkinimo įrenginyje (smulkios dalelės greičiau ištirpsta). Tada jis nuplaunamas, kad būtų pašalintos bemetalės dalelės. Po to žaliava deginama, dėl to iš jos pašalinama siera ir kiti pašaliniai elementai.

Antras gamybos etapas

Gamtinės dujos į krosnį tiekiamos pakrautos ir paruoštos darbui per specialius degiklius. Koksas šildo žaliavą. Šiuo atveju išsiskiria anglis, kuri susijungia su deguonimi ir sudaro oksidą. Vėliau šis oksidas dalyvauja išgaunant geležį iš rūdos. Atkreipkite dėmesį, kad didėjant dujų kiekiui krosnyje, cheminės reakcijos greitis mažėja, o pasiekus tam tikrą santykį, ji visiškai sustoja.

Anglies perteklius prasiskverbia į lydalą ir susijungia su geležimi, galiausiai sudarydamas ketų. Visi tie elementai, kurie neišsilydo, yra ant paviršiaus ir galiausiai pašalinami. Šios atliekos vadinamos šlaku. Jis taip pat gali būti naudojamas kitoms medžiagoms gaminti. Tokiu būdu gautos ketaus rūšys vadinamos liejykla ir ketaus.

Diferencijavimas

Šiuolaikinė ketaus klasifikacija numato šių lydinių skirstymą į šiuos tipus:

• B alta.
• Pusė.
• Pilka su dribsnių grafitu.
• Didelio stiprumo mazginis grafitas.
• Kaklus.

Pažiūrėkime į kiekvieną atskirai.

B altasis ketus

Šis ketus yra tas, kuriame beveik visa anglis yra chemiškai sujungta. Mechaninėje inžinerijoje šis lydinys nėra naudojamas labai dažnai, nes yra kietas, bet labai trapus. Be to, jis negali būti apdirbamas įvairiais pjovimo įrankiais, todėl naudojamas liejant dalis, kurioms nereikia jokio apdorojimo. Nors tokio tipo ketus leidžia šlifuoti abrazyviniais diskais. B altasis ketus gali būti ir paprastas, ir legiruotas. Tuo pačiu metu jį suvirinant kyla sunkumų, nes jį lydi įvairių įtrūkimų susidarymas aušinant ar kaitinant, taip pat dėl suvirinimo taške susidarančios struktūros nevienalytiškumo.

B altas, dilimui atsparus ketus gaunamas pirminės skysto lydinio kristalizacijos būdu greito aušinimo metu. Jie dažniausiai naudojami sausos trinties darbams (pvz., stabdžių trinkelėmis) arba didesnio atsparumo dilimui ir karščiui dalių gamybai (valcavimo staklyno ritinėliai).

Beje, b altas ketus gavo savo pavadinimą dėl to, kad jo lūžio išvaizda yra šviesaus kristalo, spinduliuojantis paviršius. Šio ketaus struktūra yra ledeburito, perlito ir antrinio cementito derinys. Jei šis ketus yra legiruotas, perlitas virstatroostitas, austenitas arba martensitas.

Pusiau ketaus

Ketaus klasifikacija būtų neišsami, nenurodant šios metalų lydinių įvairovės.

Šiam ketui būdingas karbido eutektikos ir grafito derinys. Apskritai visavertė struktūra turi tokią formą: grafitas, perlitas, ledeburitas. Jei ketus yra termiškai apdorojamas arba legiruojamas, gali susidaryti austenitas, martensitas arba smailus troostitas.

Šis ketaus tipas yra gana trapus, todėl jo naudojimas yra labai ribotas. Pats lydinys gavo savo pavadinimą, nes jo lūžis yra tamsių ir šviesių kristalinės struktūros sričių derinys.

Dažniausia inžinerinė medžiaga

Pilkame ketaus GOST 1412-85 yra apie 3,5 % anglies, nuo 1,9 iki 2,5 % silicio, iki 0,8 % mangano, iki 0,3 % fosforo ir mažiau nei 0, 12 % sieros.

Grafitas tokiame ketuje yra plokščios formos. Tam nereikia specialių pakeitimų.

Grafitinės plokštės turi stiprų silpnėjimą, todėl pilkasis ketus pasižymi labai mažu atsparumu smūgiams ir beveik visišku pailgėjimo nebuvimu (mažiau nei 0,5 %).

Pilkas ketus yra gerai apdirbtas. Lydinio struktūra gali būti tokia:

• Feritas-grafitas.
• Feritas-perlitas-grafitas.
• Perlitas-grafitas.

Pilkas ketus veikia daug geriau suspaudžiant nei įtempiant. Jis taip patsuvirina gana gerai, tačiau tam reikia iš anksto pašildyti, o kaip užpildą reikėtų naudoti specialius ketaus strypus su dideliu silicio ir anglies kiekiu. Be išankstinio pašildymo suvirinti bus sunku, nes ketus suvirinimo vietoje išbals.

Pilkas ketus naudojamas dalims, kurios veikia be smūginės apkrovos, gamybai (skriemuliai, dangčiai, lovos).

Šis ketus žymimas tokiu principu: SCH 25-52. Dvi raidės rodo, kad tai yra pilkasis ketus, skaičius 25 yra tempimo stiprio rodiklis (MPa arba kgf / mm 2), skaičius 52 yra tempiamasis stipris šiuo metu lenkimo.

Kaliojo ketaus

Klaidinis ketus iš esmės skiriasi nuo kitų savo „brolių“, nes jame yra mazginio grafito. Jis gaunamas į skystą lydinį įdedant specialių modifikatorių (Mg, Ce). Grafito inkliuzų skaičius ir jų linijiniai matmenys gali būti skirtingi.

Kuo naudingas sferoidinis grafitas? Tai, kad tokia forma minimaliai susilpnina metalinį pagrindą, kuris, savo ruožtu, gali būti perlitinis, feritinis arba perlitinis-feritinis.

Dėl terminio apdorojimo arba legiravimo ketaus pagrindas gali būti smailus troostitinis, martensitinis, austenitinis.

Kaliojo ketaus markės yra skirtingos, tačiau apskritai jo žymėjimas yra toks: VCh 40-5. Nesunku atspėti, kad HF yra didelio stiprumo ketus, skaičius 40 yra indikatoriusatsparumas tempimui (kgf/mm2), skaičius 5 yra susijęs su pailgėjimu, išreikštu procentais.

Kaliojo ketaus

Kaliojo ketaus struktūra – jame esantis dribsnių arba sferinės formos grafitas. Tuo pačiu metu sluoksniuotasis grafitas gali turėti skirtingą smulkumą ir kompaktiškumą, o tai savo ruožtu turi tiesioginės įtakos mechaninėms ketaus savybėms.

Pramoninis kalusis ketus dažnai gaminamas naudojant feritinį pagrindą, kuris suteikia didesnį plastiškumą.

Feritinio kaliojo ketaus lūžimo išvaizda yra juodai aksominė. Kuo didesnis perlito kiekis konstrukcijoje, tuo lūžis bus lengvesnis.

Paprastai kalusis ketus gaunamas iš b altojo ketaus liejinių dėl ilgo gulėjimo krosnyse, įkaitintose iki 800–950 laipsnių Celsijaus.

Šiandien yra du kaliojo ketaus gamybos būdai: europietiškas ir amerikietiškas.

Amerikietiškas metodas yra lydinio mirkymas smėlyje 800–850 laipsnių temperatūroje. Šiame procese grafitas yra tarp gryniausios geležies grūdelių. Dėl to ketus tampa klampus.

Taikant europietišką metodą, liejiniai merdi geležies rūdoje. Temperatūra tuo pačiu metu yra apie 850-950 laipsnių Celsijaus. Anglis pereina į geležies rūdą, dėl kurios liejinių paviršinis sluoksnis dekarbonizuojamas ir tampa minkštas. Ketus tampa kalusis, o šerdis išlieka trapi.

Kaliojo ketaus žymėjimas: KCh 40-6, kur KCh, žinoma, yra kalioji ketaus; 40 - tempimo stiprumo indeksas;6 – pailgėjimas, %.

Kiti rodikliai

Ketaus skirstymui pagal stiprumą taikoma tokia klasifikacija:

• Tipinis stiprumas: σv iki 20 kg/mm2.
• Padidėjęs stiprumas: σv=20–38 kg/mm2.
• Didelis stiprumas: σv=40 kg/mm2 ir daugiau.

Pagal plastiškumą ketus skirstomas į:

• Nelankstus – pailgėjimas mažesnis nei 1 %.
• Mažai plastiko – nuo 1% iki 5%.
• Plastikas – nuo 5% iki 10%.
• Padidėjęs plastiškumas – daugiau nei 10%.

Apibendrinant, taip pat norėčiau pažymėti, kad bet kokio ketaus savybėms gana didelę įtaką daro net liejimo forma ir pobūdis.