При какой температуре лопается железо

<< Предыдущая страница <<   || 
Оглавление   ||   >>
Читать дальше >>

«Мороз
и железо рвет и на лету птицу бьет» – говорит русская пословица.

В Якутии 65 градусов мороза не редкость. Здесь сталь
проходит суровое испытание холодом. Зимой по обочинам дорог можно увидеть
разбитые, точно глиняные черепки, стальные муфты, полуоси и другие детали машины
или бульдозерный нож, расколотый пополам от удара о пенек. Недаром якутские
шоферы знают наизусть чуть ли не все сорта стали и резины, какие выпускает наша
промышленность.

Число поломок оборудования зимой в условиях Крайнего
Севера обычно втрое, автосцепок иногда в десять раз больше, чем летом. Сталь не
выдерживает низких температур; она становится хрупкой. По этой причине на
Норильском горно-металлургическом комбинате ремонт основных узлов экскаваторов
дает убытки, достигающие ежегодно 800 – 900 тыс. руб. А по всей Сибири убытки,
вызванные дополнительными затратами на ремонт землеройной техники, превышают
50 млн. руб. в год.

Советские ученые и инженеры приняли активное участие
в решении проблемы. Действительно обычное железо и некоторые сорта стали при
температурах до – 40 °С, наиболее характерных для районов Арктики и Сибири,
становятся хрупкими и трескаются. Появились рекомендации специалистов о
подготовке особых марок стали. Исследования показали, что добавка циркония
позволяет ликвидировать хрупкость сталей при сильных морозах. Можно будет
создать такие марки стали, которые в условиях низких температур будут прочными.
Это может дать огромную экономию.

Известно, что при изготовлении оборудования для
работы в тропиках учитываются особенности работы металла во влажном климате и
при высоких температурах. Для арктических широт Крайнего Севера надо также
готовить специальное оборудование. Министр черной металлургии И. П. Казанец в
интервью с корреспондентом «Недели» заявил: «Очень важно создать также стали,
которые будут прочны, устойчивы и надежны при низких температурах, в так
называемом «северном» исполнении. Это необходимо в связи с тем, что мы все более
решительно начинаем осваивать Заполярье». Первые шаги в этом направлении уже
делаются.

Новое оборудование для работы на Крайнем Севере
подвергается испытанию холодом. Так, зимой 1968 г. в бездорожных условиях при
лютых морозах на полюсе холода в Якутии проходила междуведомственные испытания
прибывшая из Миасса группа мощных грузовиков «Урал-375К». Они были выпущены в
опытном порядке специально для работы на Крайнем Севере.

Опытный образец экскаватора под названием «Северянин»
вышел из ворот сборочного цеха завода «Рабочий металлист» в Костроме. Само
название экскаватора говорит о том, что он предназначен для работы на Крайнем
Севере при шестидесятиградусном морозе.

Ковровский завод отправил экскаваторы в специальном
«северном» исполнении в Заполярье. Сюда они попали впервые, хотя «ковровцы»
успешно работают на различных широтах более чем в 50 странах мира. Новые машины
получили полный комплект всепогодной экипировки. Узлы и детали выполнены из
особых сортов стали. Экскаваторы оборудованы дополнительной системой обогрева и
могут безотказно работать при температуре – 60 °С.

Некоторые процессы в технике проходят при очень
низких температурах, и для них нужна специальная аппаратура. Сюда относятся
процессы сжижения и разделения воздуха, сжижения и фракционной перегонки
нефтяных продуктов, сжижения природного газа. Для изготовления аппаратов,
емкостей и трубопроводов требуются вязкие на холоду стали. Химическая
промышленность нуждается в шаровых резервуарах для хранения сжиженных газов –
пропан-бутановой смеси, аммиака и др.

Металлурги готовят и такие стали; в их состав входит
много легирующих элементов. Японская фирма «Нихон Кокаи» выпускает никелевую
сталь, способную сохранять свои свойства при температуре – 196 °С. Полагают, что
она найдет широкое применение в строительстве танкеров и резервуаров для
получения и хранения жидких газов.

Однако оказалось, что низкие температуры, столь
опасные для прочности обычного металла, можно использовать для улучшения свойств
стали: твердости и вязкости, жесткости и упругости. Еще в конце 20-х годов XIX в.
П. П. Аносов проводил опыты с закалкой кос при температурах – 5 и – 18 ° по
Реомюру. Опыты дали положительные результаты.

В наше время применение обработки холодом для
дополнительного упрочнения некоторых сталей впервые было предложено профессором
А. П. Гуляевым в 1937 г. Через пять лет первые попытки использовать глубокий
холод были сделаны в США. В наши дни в различных странах проводят исследования в
этой области и внедряются в практику методы «холодной» закалки.

Прежде всего обработка холодом оказалась
исключительно ценным способом термообработки инструмента, изготовленного из
быстрорежущей стали. Так, для большей прочности металла фрезу после обычной
закалки охлаждают до – 75 °С, что приводит к повышению режущих свойств стали.
Стойкость инструмента, изготовленного из стали Р18, после обработки холодом
повышается почти на 50 %.

Было выяснено, что некоторые стали, алюминиевые
сплавы и латунь становятся мягче при глубоком охлаждении. Остудив стальной лист
жидким азотом, кипящим при – 195 °С, легко можно штамповать из него детали любой
сложной формы, с глубокими выемками.

В июне 1968 г. в советской печати сообщалось, что
ученые физико-технического института АН УССР доказали теоретически и
экспериментально, что постоянное упрочнение можно получить, подвергая металл
механической обработке не при нагревании, а при очень глубоком охлаждении.
Специально сконструированная машина позволила производить деформацию образцов
при температуре около – 270 °С. Эксперименты помогли выяснить, что при
низкотемпературной деформации металлы приобретают очень мелкую и однородную
структуру, способствующую значительному повышению жаропрочности вплоть до
температуры красного каления.

Так холод из врага прочности металла превращается в
союзника.

<< Предыдущая страница <<   || 
Оглавление   ||   >>
Читать дальше >>

Использована публикация:
Мезенин Н.А. Занимательно о железе. М. “Металлургия”,
1972. 200 с.
стр. 152 – 154.

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди “Не
укради”

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)

Сталь и холод

Мороз и железо рвет и на лету птицу бьет.

Русская пословица

В Якутии -65°С не редкость. Здесь сталь проходит испытание холодом. Зимой по обочинам дорог можно увидеть разбитые, точно глиняные черепки, стальные муфты, полуоси и другие детали машин или бульдозерный нож, расколотый пополам от удара о пенек. Недаром здешние шоферы знают наизусть чуть не все сорта стали и резины, какие выпускает наша промышленность.

Число поломок оборудования зимой в условиях Крайнего Севера обычно втрое, автосцепок иногда в десять раз больше, чем летом. Сталь не выдерживает низких температур; она становится хрупкой.

За счет охрупчивания металла при пониженных температурах произошли крупные аварии, которые вызвали разрушение железнодорожных мостов в Бельгии, ФРГ и Канаде, крупных резервуаров для хранения нефти, разрушение грузовых судов и газопроводов.

Советские ученые и инженеры приняли активное участие в решении проблемы. Действительно, обычное железо и некоторые сорта стали при температурах до -40 °С, наиболее характерных для районов Арктики и Сибири, становятся хрупкими и трескаются. Появились рекомендации специалистов о подготовке особых марок стали. Исследования показали, например, что добавка циркония позволит ликвидировать хрупкость стали при сильных морозах. Можно создавать такие стали, которые при низких температурах сохранят прочность.

Сталь, которой не страшны морозы, производят на Череповецком металлургическом заводе по методу, разработанному профессором Ленинградского механического института С. М. Барановым. Она используется для изготовления труб газопроводов, которые прокладываются в Заполярье. Морозостойкую сталь назвали “Северянкой”.

Современная техника широко использует низколегированные стали. Однако при низких температурах ее пластичность резко ухудшается. Она делается хрупкой, плохо выдерживает удары, что ведет к частым поломкам на транспорте, работающем в северных районах.

Решением задачи создать высокопрочную и одновременно высокопластичную сталь, не теряющую своих свойств при низких температурах, занялись сотрудники Донецкого государственного университета и Уральского научно-исследовательского института черных металлов при участии работников Уральского вагоностроительного завода. Им удалось создать высокопрочную и пластичную сталь, пригодную для изготовления ходовой части и автосцепки грузовых вагонов. Этому помогли добавки ванадия.

Для арктических широт нашего Крайнего Севера теперь готовится специальное оборудование в “северном исполнении”: экскаваторы, вездеходы-амфибии, грузовики КамАЗа, стальные резервуары емкостью 20- 50 тыс. м3.

Без широкого применения холодильной техники не обходятся современная торговля и медицина, нефтехимия и транспорт. Есть оригинальное предложение использовать жидкий азот для металлических отходов в сталеплавильных цехах. Перед тем как отправить в печь на переплавку крупногабаритный стальной лом, его необходимо размельчать. Ученые ГДР предложили заливать металлические отходы жидким азотом.

Охлажденный до-100°С металл становится хрупким, как стекло и легко разбивается на куски.

Некоторые процессы в технике проходят при очень низких температурах, и для них нужна специальная аппаратура. Сюда относятся процессы сжижения и разделения воздуха, сжижения и фракционной перегонки нефтяных продуктов, сжижение природного газа. Для изготовления аппаратуры, емкостей и трубопроводов требуются стали, вязкие при низких температурах. Химическая промышленность нуждается в шаровых резервуарах для хранения сжиженных газов – пропан-бутановой смеси, аммиака и др.

Металлурги готовят и такие стали: в их состав входит много легирующих элементов. Японская фирма “Нихон Кокай” выпускает никелевую сталь, способную сохранять свои свойства при -196°С. Полагают, что она найдет применение в строительстве танкеров и резервуаров для получения и хранения жидких газов.

Однако оказалось, что низкие температуры, столь опасные для прочности обычного металла, можно использовать для улучшения свойств самой стали: повышения твердости и вязкости, жесткости и упругости. Еще в 20-х годах XIX в. П. П. Аносов проводил опыты с закалкой кос при температурах -5 и -18° по Реомюру. Опыты дали положительные результаты.

В наше время применение обработки холодом для дополнительного упрочнения некоторых сталей впервые предложил профессор А. П. Гуляев в 1937 г. Через пять лет первые попытки использовать глубокий холод были произведены в США. Советский академик А. А. Бочвар в 1945 г. обнаружил в зоне фазового превращения металлов “сверхпластичность” сплава цинка с алюминием. Другие исследователи вскоре обнаружили подобные явления у сплавов иных металлов и у некоторых сталей в царстве холода: при -200°С. Изделия получались с идеально чистой поверхностью, которую невозможно достичь никакой механической обработкой. Ибо при любом нагреве, даже самом незначительном, на поверхности металла возникает слой окислов.

Исследования в области низкотемпературного материаловедения ведутся в разных странах и сейчас. Ученые Физико-технического института АН УССР доказали теоретически и экспериментально, что постоянное упрочнение можно получить, подвергая металл механической обработке не при нагреве, а при глубоком охлаждении. Специально сконструированная машина позволила производить деформацию образцов при температуре -270°С. Эксперименты помогли выяснить, что при низкотемпературной деформации металлы приобретают очень мелкую и однородную структуру, способствующую значительному повышению жаропрочности вплоть до температуры красного каления.

По демократичной цене костюм противоэнцефалитный оптом у нас на aspektsnab.ru.

Металлы плавятся, как правило, при очень высокой температуре, которая может достигать более 3 тыс. градусов. Хотя некоторые из них можно расплавить в домашних условиях, например, свинец или олово. А вот ртуть плавят при температуре минус 39 градусов. В домашних условиях этого добиться не удастся. Температура плавления — это один из важных показателей производства не только самого металла, но и его сплавов. Выплавляя сырье, специалисты учитывают и другие физические и химические свойства руды и металла.

Железо и его свойства

Железо — это химический элемент, который в таблице Менделеева находится под номером 26. Это один из самых распространенных элементов во всей Солнечной системе. Согласно материалам исследований, в составе ядра Земли находится примерно 79−85% этого вещества. В земной коре его тоже присутствует большое количество, но оно уступает алюминию.

В чистом виде металл имеет белый цвет с чуть серебристым оттенком. Он пластичен, но имеющиеся в нем примеси могут определять его физические свойства. Реагирует на магнит.

Железо присутствует в воде. В речных водах его концентрация равна примерно 2 мг/л металла. В морской воде его содержание может быть ниже в сто или даже тысячу раз.

Оксид железа — это основная форма, добыча которой осуществляется и которая находится в природе. Оксидное железо может располагаться в самой верхней части земной коры и быть составляющей осадочных образований.

Элемент, находящийся на двадцать шестом месте в таблице Менделеева, может иметь несколько степеней окисления. Именно они определяют его геохимическую особенность нахождения в определенной среде. В ядре Земли металл присутствует в нейтральной форме.

Добыча полезных ископаемых

Руд, в которых присутствует железо, существует несколько. Однако, в качестве сырья для производства железа в промышленности используют в основном следующие:

• магнезитовую руду;
• гетитовую руду;
• гематитовую руду.

А также часто встречаются такие разновидности руды:

• леллингит;
• сидерит;
• марказит;
• ильменит;
• ярозит.

Существует еще минерал под названием мелантерит. Его используют преимущественно в фармацевтической промышленности. Из себя он представляет зелёного цвета хрупкие кристаллы, в которых присутствует стеклянный блеск. Из него производят лекарственные препараты, в составе которых имеется ферум.

Основным месторождением этого металла является Южная Америка, а именно Бразилия.

Плавление железа и необходимая температура

Точкой плавления металла называют такую минимальную температуру, при которой он переходит из твердого состояния в жидкое. При этом в объеме он практически остается неизменным.

Металл могут производить из руды различными способами, но самый основной из них — это доменный. Помимо доменного, используют еще выплавку железа при помощи обжига измельченной руды с примесью глины. Из полученной смеси формируют окатыши, которые обрабатываются в печи с последующим восстановлением водородом. Далее плавление железа осуществляется в электрической печи.

Температура плавления железа весьма высока. Для технически чистого элемента она составляет +1539 °C. В этом веществе присутствует примесь — Сера, которую можно извлечь лишь в жидком виде. Без примесей чистый материал получают при электролизе солей металла.

Классификация металлов по температуре плавления

Разные металлы могут переходить в жидкое состояние при разной температуре. Вследствие этого выделяют определённую классификацию. Их делят следующим образом:

1. Легкоплавкие — те элементы, которые могут становиться жидкими уже при температуре ниже 600 градусов. К ним относят цинк, олово, свинец и пр. Их можно расплавить даже в домашних условиях — просто нужно разогреть при помощи плиты или паяльника. Такие виды нашли применение в технике и электронике. Они используются для соединения элементов из металла и движения электрического тока. Олово плавится при 232 градусах, а цинк — при 419 градусах.
2. Среднеплавкие — элементы, которые начинают расплавляться при температуре от шестисот до тысячи шестисот градусов. Эти элементы используют по большей части для строительных элементов и металлоконструкций, то есть при создании арматур, плит и строительных блоков. В эту группу входят: железо, медь, алюминий. Температура плавления алюминия сравнительно низка и составляет 660 градусов. А вот железо начинает переходить в жидкое состояние лишь при температуре 1539 градусов. Это один из самых распространенных металлов, используемых в промышленности, особенно в автомобильной. Однако железо подвержено коррозии, то есть ржавчине, поэтому ему требуется специальная поверхностная обработка. Его необходимо покрывать краской или олифой, и не допускать попадание влаги.
3. Тугоплавкие — это такие материалы, которые расплавляются и становятся жидкими при температуре выше 1600 градусов. В эту группу относят вольфрам, титан, платину, хром и т. п. Они используются в ядерной промышленности и для некоторых машинных деталей. Они могут применяться для расплавки других металлов, изготовления высоковольтных проводов или проволоки. Платину можно расплавить при 1769 градусах, а вольфрам — при 3420 °C.

Единственный элемент, который при обычных условиях находится в жидком состоянии — это ртуть. Температура его плавления составляет минус 39 градусов и его пары являются ядовитыми, поэтому его используют только в лабораториях и закрытых ёмкостях.