Тепловой расчет вагранки

 

 

 

Содержание 

 

Введение 3

1. Химический состав сплава железо – углерод 4

2. Химический состав чугуна 6

3. Химический состав стали 9

4. Сплавы с особыми физико-химическими  свойствами 17

5. Физические и физико-химические  методы анализа 18

6. Спектроскопические методы  анализа 23

Заключение 36

Список литературы 38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В решении крупнейших общечеловеческих проблем (проблема сырья, продовольствия, атомной энергетики, космонавтики, полупроводниковой и лазерной техники) ведущее место принадлежит аналитической химии.

В. Оствальд писал: «Аналитическая химия, или искусство распознавать вещества или их составные части, занимает среди приложений научной  химии особое место, так как вопросы, на которые она дает возможность  ответить, возникают всегда при попытке  воспроизвести химические процессы для научных или технических целей. Благодаря такому своему значению аналитическая химия с давних пор встречает постоянную заботу о себе...».

Аналитическая химия – это наука о способах идентификации химических соединений, о принципах и методах определения химического состава веществ и их структуры. Она является научной основой химического анализа.

Химический анализ - это получение опытным путем данных о составе и свойствах объектов. Впервые это понятие научно обосновал Р. Бойль в книге «Химик-скептик» (1661 г.) и ввел термин «анализ».

Аналитическая химия базируется на знаниях, полученных при изучении курсов неорганической, органической, физической химии, физики и математики.

Цель изучения аналитической  химии - освоение современных методов  анализа веществ и их применение для решения народно-хозяйственных задач, в нашем случае, в черной металлургии. Тщательный и постоянный контроль производства черной металлургии основан на достижениях аналитической химии.

 

 

 

1. Химический состав сплава железо – углерод

 

Железа сплавы, металлические системы, одним из компонентов которых (как правило, преобладающим) служит железо. Различают сплавы железа с углеродом (нелегированные и легированные чугуны и стали), сплавы с особыми физических-химический свойствами и ферросплавы.

Система железо – углерод. Наиб. изучена важнейшая для практики часть системы фазовых состояний Fe - C с содержанием С от 0 до 6,7% по массе (см. рис. 1).

 
 

Рис.1. Диаграмма состояния системы Fe - С: штриховые линии диаграмма Fe графит; сплошные линия диаграмма Fe цементит

 

В этой области за компоненты системы  можно принять Fe и Fe₃C карбид железа, или цементит. Металлическая основа сплава железа с. при температурах выше 727°С аустенит, представляющий собой твердый раствор внедрения углерода в высокотемпературной модификации железа g -Fe; переохлажденный аустенит обладает высокой ударной вязкостью, прочен.

Растворимость углерода при 1147°С 2,14% по массе, при 727 °С 0,8% (линия ES диаграммы). При температурах < 727°С основа ЖЕЛЕЗА СПЛАВЫ с. - феррит, твердый раствор  углерода в низкотемпературной модификации  железа a -Fe; растворимость С при этих температурах около 0,02% (линия PQ диаграммы); обладает низкой твердостью и относительно низкой прочностью. Цементит Fe₃C обладает орторомбич. кристаллич. решеткой, элементарная ячейка которой содержит 12 атомов Fe и 4 атома С. Обладает высокой твердостью по Бринеллю (НВ ~ 7000 МПа), хрупоколо При соединении с другими элементами образует твердые растворы замещения - легир. цементит. В зависимости от условий образования различают первичный цементит, выделяющийся при кристаллизации расплава, вторичный, образующийся из пересыщенного аустенита, и третичный, выделяющийся из пересыщенного феррита. Цементит - метастабильная фаза, которая при медленном охлаждении из расплава или при выдержке при температуре 1050-1110 °С после затвердевания распадается на свободный углерод (графит) и Fe, происходит так называемой графитизация. В расплавл. состоянии Fe и С взаимно растворимы. Линия ABCD диаграммы - линия ликвидуса системы Fe-C, выше которой все сплавы находятся в жидком состоянии, линия AHIECF - линия солидуса, ниже которой для сплавов заканчивается кристаллизация. При содержании С 4,3% в ЖЕЛЕЗА СПЛАВЫ с. кристаллизуется эвтектич. смесь аустенита с цементитом, называют ледебуритом; при содержании С 0,8% образуется эвтектоидная смесь феррита и цементита, называют перлитом. В соответствии с диаграммой ЖЕЛЕЗА СПЛАВЫ с., равновесно охлажденные до комнатной температуры, содержат различные структурные составляющие. Количеств. соотношение фаз для сплава любого состава при указанной температуре определяют на диаграмме состояний Fe-C по правилу "рычага": проводят горизонталь, соединяющую две фазы при искомой температуре, и по длинам противоположных фазам отрезков горизонтали, разделенной данным составом сплава, определяют количественное соотношение фаз. 

2. Химический состав  чугуна

 

Чугуны содержат обычно более 2% углерода. Его содержание в чугуне обусловлено химический процессами, происходящими в доменной печи (см. Печи) при выплавке. Плавят чугун из шихты, содержащей окускованный рудный концентрат, в присутствии топлива (кокса) и флюсов (обычно СаСО₃, MgCO₃). Снизу в доменную печь вдувают горячий воздух, обогащенный кислородом. Образующиеся в печи СО₂, Н₂ и твердый углерод последовательно восстанавливают содержащийся в руде Fe₂O₃ до Fe₃O₄, FeO и железа. Температура в горне печи, где скапливается жидкий чугун, достигает 1400-1500 °С. Флюсы, взаимодействуя с рудными компонентами, образуют шлак, в который уходят вредные примеси -S, Р, излишки Мп, пустая порода и некоторые цветные металлы. В процессе доменной плавки из шихты в чугун переходят Mn, Si, Cr, Ni, P и др. элементы, из кокса - сера. Восстановит. атмосфера доменной печи способствует интенсивному насыщению Fe углеродом (3Fe + 2CO : Fe₃C + CO₂), в результате чего доменный чугун может содержать до 4,6% С. По назначению доменные чугуны разделяют на передельные и литейные. Передельные чугуны, содержащие С > 4%, переплавляют на сталь в конвертерах, мартеновских или электрич. печах. Литейные чугуны, содержащие 2,4-3,8% С, применяют в машиностроении для изготовления чугунного литья. В зависимости от степени графитизации литейные чугуны подразделяют на белый, половинчатый и серый; в зависимости от формы включений графита - на чугун с пластинчатым, шаровидным, вермикулярным (изогнутые пластинки) и хлопьевидным графитом; в зависимости от характера металлич. основы - на перлитный, ферритный, ферритно-перлитный; в зависимости от назначения - на конструкционный и чугун со спец. свойствами; по химический составу на легированный и нелегированный. В белом чугуне избыточный углерод, не находящийся в твердом растворе Fe, присутствует в связанном состоянии в виде цементита или так называемой спец. карбидов (в легир. чугунах). Кристаллизация белых чугунов происходит при быстром охлаждении с образованием цементита и перлита. Белый чугун обладает большой твердостью и хрупкостью. Тот же чугун, быстро охлажденный только с поверхности (отбеленный), используют для изготовления деталей, работающих в условиях повыш. абразивного износа. Для улучшения механические свойств белого чугуна его подвергают графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Условия отжига: отливку выдерживают 10-12 ч при 1000°С, охлаждают до 700 °С и выдерживают 20-30 ч. На графитизацию положительно влияют легирующие элементы Si, Ni, Сu, Al, Ti, CO, отрицательно - Сr, Мn, Мо и W, которые способствуют устойчивости цементита. Получающийся чугун носит назв. ковкого, обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, пригоден для работ при низких температурах. Мех. свойства ковкого чугуна определяются структурой металлич. основы, количеством и степенью компактности включений графита. Наиб. высокими свойствами обладает перлитный ковкий чугун ( s _раст~600 МПа) при относит. удлинении d =3%); повыш. пластичностью - ферритный. Ковкий чугун применяется в основные в автомобиле-, тракторo- и сельхозмашиностроении. В половинчатом чугуне, образующемся в результате неполной графитизации белого чугуна, углерод содержится в виде цементита и графита. Включения графита, приобретающие лепестковую или пластинчатую форму, являются концентраторами внутр. напряжений в металле. Обладает пониженной по отношению к белому чугуну твердостью и прочностью. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повыш. износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки). Серый чугун содержит включения графита пластинчатой формы. В зависимости от характера металлич. основы подразделяется на перлитный, содержащий включения графита в перлите, ферритно-перлитный, с включениями графита на фоне участков свободный феррита и перлита, и ферритный, содержащий графитные включения на фоне свободный феррита. Наиболее высокой прочностью и твердостью ( s _изг = 320 МПа, НВ = 2000 МПа) обладает перлитный серый чугун; прочность ферритно-перлитного чугуна s _изг = 200-250 МПа, ферритного ~ 200 МПа. Перлитный серый чугун применяют для изготовления цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и др.; для менее ответств. деталей применяют ферритно-перлитный и ферритный чугун. Повышение механические свойств серого чугуна достигается путем измельчения и сферодизации графитных включений. Для этого проводится модифицирование чугуна: в жидкий чугун перед разливкой вводят в порошковом виде модификатор, например Mg, Се, V, Са и др., частицы которых служат центрами графитизации и способствуют образованию графита в виде мелких глобул, имеющих шаровидную форму. Такой модифицированный, или высокопрочный, чугун обладает более высокими прочностными характеристиками ( s _изг = 1000 МПа, d = 4%), хорошими литейными и технол. свойствами (жидкотекучесть, линейная усадка, обрабатываемость резанием). Применяется для замены стальных кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и др.), деталей из ковкого или обычного серого чугуна, а также во многие областях машиностроения. В промышлености выплавляют также легир. чугуны со спец. физических-химический свойствами, например, коррозионностойкие чугуны, легированные Ni и Сu; кислотоупорные и щелочеупорные, легированные Сr и Ni; жаростойкие, легированные Al, Si, Мо; антифрикционные, легированные Si, Mn, Сr и Сu. Получают обычно легир. чугуны спец. доводками в ковше, электропечах и вагранках (термодинамически обработка, добавление ферросплавов и др.). 

 

 

 

 

3. Химический состав  стали

 

Стали содержат менее 1,5-2% углерода. Осн. способы производства стали кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный.

Наиб. прогрессивные - кислородно-конвертерный и электросталеплавильный; объем  мирового производства стали, выплавленной этими способами, неуклонно растет. Кислородно-конвертерный способ позволяет  выплавлять сталь широкого сортамента, использовать в шихте металлич. лом  и сократить продолжительность  плавки. Емкость для выплавки стали - конвертер представляет собой ретортообразный  резервуар, футерованный доломитовыми и магнезитовыми материалами; оснащен  поворотным механизмом, позволяющим  разливать сталь. Конвертер через  горловину заливают жидким чугуном, который продувается сверху или  через днище смесью кислорода  с воздухом, природные газом, нефтепродуктами. После загрузки шихты (железного  лома, рудного концентрата, флюсов) в конвертер через горловину  вдвигают водоохлаждаемую фурму  и через нее на поверхность  расплава подается чистый кислород. Происходит интенсивное окисление Fe и обильное образование FeO, который активно  взаимодействие с углеродом и  примесями (Si, Mn, Р), окисляя их и восстанавливаясь в Fe Шихтовые материалы при мартеновской плавке - передельный чугун (в твердом  или жидком состоянии), рудный концентрат, стальной лом (скрап); флюсы: при основном процессе - известняк, при кислом - кварцевый  песоколо Тип процесса определяется качеством исходных материалов; руду, загрязненную Р, S, плавят в "основной" печи, футерованной магнезитовым или  магнезитохромовым кирпичом, руду более  высокого качества - в "кислой" печи, футерованной доломитовым кирпичом. Плавка стали из передельного чугуна и скрапа - окислит. процесс. Во время  плавления шихты происходит окисление Fe и примесей. Образующийся FeO активно  взаимодействие с углеродом по реакции FeO + С : СО + Fe, вследствие чего содержание углерода в металле снижается. Для интенсификации окисления в металлич. ванне и горения топлива воздушное дутье обогащают кислородом. Однако образующееся при этом избыточное количество FeO в конце плавки нежелательно, т. к. кислород является вредной примесью в металле. Для удаления кислорода производят раскисление расплавл. стали с помощью Аl, ферромарганца и ферросилиция. В зависимости от степени раскисления различают кипящую, полуспокойную и спокойную (полностью раскисленную) сталь. Мартеновский способ менее экономичен, чем конвертерный и электросталеплавильный. Широкое применение в черной металлургии получила выплавка стали в дуговых и индукционных электропечах, что позволяет выплавлять сталь со значительно меньшим содержанием в расплаве FeO, точно дозировать шихту при выплавке качеств. сталей, осуществлять плавку в вакууме, под высоким давлением, получать более высокие температуры расплава; метод экономичен. Шихта для плавки стали в электропечах обычно содержит стальной лом, металлизов. окатыши, ферросплавы, чугун и флюсы. Окисление примесей происходит вследствие продувки жидкого металла кислородом. Для получения стали повыш. качества применяют различные способы ее последующей рафинирования: электрошлаковый переплав, вакуумно-дуговой переплав, вакуумно индукционную плавку, плазменно-дуговой переплав, электроннолучевую плавку, внепечное рафинирование в ковше, рафинирование стали продувкой инертными газами. Металлизов. окатыши, частично заменяющие чугун, получают обычно прямым восстановлением Fe из руд с помощью СО, Н₂ и пылевидного каменного угля в результате так называемой процессов внедоменной металлургии. Существенное значение для качества выплавленной стали имеют процессы ее разливки, формирования слитка и последующей его прокатки. Прогрессивным направлением является непрерывная разливка стали и совмещение ее с прокаткой, что позволяет получать более качеств. прокат с меньшими потерями. Св-ва сталей, как и чугунов, определяются свойствами и количественное соотношением фаз, присутствующих в сплаве. Сталь, содержащая 0,8% С, называют эвтектоидной, менее 0,8% С - доэвтектоидной и более 0,8% С заэвтектоидной. Структура доэвтектоидной стали в равновесном состоянии состоит из участков феррита и перлита, эвтектоиднои - из участков перлита, заэвтектоидной - из участков перлита и вторичного цементита в виде сетки или мелких глобул. С повышением содержания углерода в стали до 0,9% ее твердость и прочность возрастают, при дальнейшем увеличении содержания углерода прочность снижается, твердость же продолжает расти. Для улучшения механические свойств стали ее подвергают термодинамически и химико-термодинамически обработке, а в некоторых случаях - сочетанию пластич. и термодинамически обработки (термомеханические обработке). Выбор условий термодинамически обработки проводится с помощью диаграмм изотермодинамически превращения переохлажденного аустенита, которые строятся для каждой конкретной стали и характеризуют время и характер распада переохлажденного аустенита в зависимости от температуры переохлаждения. Критич. точки A₁ для сталей с любым содержанием углерода находятся на линии PSK диаграммы Fe-C и соответствуют превращению перлита в аустенит и обратно, критической точки А соответствуют завершению превращения феррита в аустенит для доэвтектоидной стали, точки А_Cm на линии SE - завершению превращения вторичного цементита в аустенит для заэвтектоидной стали. Осн. виды термодинамически обработки стали - отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Отжиг подразделяется на отжиг I и II рода. Отжиг I рода не связан с фазовыми перекристаллизациями стали и проводится в аустенитном состоянии при высоких температурах и длительного выдержках, необходимых для выравнивания концентрационных неоднородностей, различные рода ликвации (диффузионный отжиг), или при температурах несколько ниже критической точки А₁ -для протекания процесса рекристаллизации и снятия наклепа после холодной пластич. деформации (рекристаллизационный отжиг). Отжиг II рода заключается в нагреве стали выше критической точек, т. е. перекристаллизации, выдержке, медленном охлаждении с выдержкой в процессе охлаждения при 650-680 °С для сферодизации пластинчатого цементита с последующей охлаждением до комнатной температуры. Такой отжиг приводит сталь в равновесное состояние, смягчает ее, улучшает обрабатываемость резанием. Нормализация заключается в нагреве стали до однофазного аустенитного состояния, выдержке и охлаждении на воздухе. При нормализации достигается измельчение структуры, повышение сопротивления стали хрупкому разрушению, улучшение ее механические обрабатываемости. Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве сплава до однофазного аустенитного состояния; заэвтектоидной - в нагреве до двухфазного состояния (аустенит + вторичный цементит) с выдержкой до прогрева и быстрым охлаждением в воде или масле. Закалка проводится с целью придания стали высокой твердости и прочности, что связано с образованием в стали мартенсита, представляющего собой пересыщенный твердый раствор С в a -Fe. При закалке в стали возникают большие внутр. напряжения, повышается ее прочность и твердость. После закалки для повышения вязкости и пластичности стали, снижения внутр. напряжений и твердости применяют отпуск стали, заключающийся в нагреве до температуры ниже критической точки A₁, выдержке при этой температуре с последующей охлаждением с заданной скоростью. При отпуске происходит распад мартенсита, остаточного аустенита, выделение и коагуляция карбидов. К отпуску прибегают для достижения необходимого комплекса механические свойств, главным образом наилучшего сочетания прочности и пластичности, а также для устранения внутр. напряжений, возникающих при закалке. Совмещение закалки стали с высоким отпуском, применяемое для конструкционных сталей, называют улучшением; при этом достигается оптим. сочетание прочности и вязкости стали. Для повышения твердости и износостойкости поверхностного слоя стальных изделий, увеличения контактной выносливости их подвергают нек-рым видам химико-термодинамически обработки - поверхностному насыщению стали углеродом (цементация), азотом (азотирование), бором (борирование), хромом (хромирование) и др. элементами, с последующей закалкой и отпуском. Термомеханические обработку стали применяют для повышения ее твердости и прочности при сохранении достаточно высокой пластичности и ударной вязкости. Различают высоко- и низкотемпературную обработки. При высокотемпературной обработке пластич. деформацию проводят в аустенитном состоянии с последующей закалкой; при низкотемпературной -сталь нагревают до аустенитного состояния, охлаждают до температур, ниже температур повыш. устойчивости переохлажденного аустенита, проводят пластич. деформацию и быстрое охлаждение. При термомеханические обработке обычно происходит измельчение структуры сплава (зерна, мартенсита, карбидов). В зависимости от содержания С и легирующих элементов стали разделяют на углеродистые и легированные. В углеродистых сталях кроме углерода обычно содержится до 0,7% Мn, 0,37% Si, 0,04% S и 0,035% Р. Легированные стали по химический составу разделяют на низколегированные с общим содержанием легирующих элементов до 2,5%, среднелегированные - от 2,5 до 10% и высоколегированные -выше 10%. По отношению к углероду легирующие элементы в ЖЕЛЕЗА СПЛАВЫ с. можно разделить на элементы, не образующие карбидов (Ni, Si, Co, Al и Сu), и карбидообразующие элементы (Сr, Mn, W, Mo, V, Ti, Nb, Та и Zr). По степени возрастающего сродства к углероду легирующие элементы располагаются в ряд: Мn < Сr < W < Мо < Та < V < Zr < Ti < Nb. В сталях могут образовываться как простые, так и сложные карбиды этих элементов, например Fe₂W₂C, WC, W₂C, Мо₂С, (Fe, Cr, Mo)₂₃C₆Cr₃C₂. В зависимости от основные легирующего элемента различают хромистые, кремнистые, марганцовистые, никелевые, хромоникелевые, молибденовые и вольфрамовые стали. По структуре, полученной при охлаждении на воздухе из аустенитного состояния, различают стали перлитного, мартенситного, аустенитного, ферритного и ледебуритного классов. К перлитному классу относят углеродистые и малолегир. стали, к остальным - легированные. Легир. стали маркируются обычно буквенно-цифровыми обозначениями. Легирующие элементы обозначают русскими заглавными буквами: Mn - Г; Si - С; Сr - Х; Ni - H; W - B; V - Ф; Ti - T; Мо - М; Со - К; Аl - Ю; Cu - Д; В - Р; Nb - Б; Р - П; перед буквами дается содержание углерода; если содержание углерода равно 1,0%, цифра в марке не ставится. При содержании легирующего элемента > 1,5% после заглавной буквы соответствующего элемента указывают его содержание в целых процентах. В некоторых случаях перед маркой легир. сталей буквами указывают области их применения. Различают стали общего назначения, автоматные, конструкционные (углеродистые и легированные), инструментальные (углеродистые и легированные), быстрорежущие и др. Стали общего назначения относятся к доэвтектоидным углеродистым сталям. Используются без термодинамически обработки или после нормализации и закалки. Автоматные стали содержат повыш. количество фосфора (<0,1%), характеризуются хорошей механические обрабатываемостью и повыш. хрупкостью. Хорошо обрабатываются резанием; применяются для изготовления деталей, работающих при невысокой ударной нагрузке и малых коэффициент трения. Конструкционные углеродистые стали применяют без термообработки или после нормализации и улучшения для изготовления деталей, не испытывающих больших нагрузоколо Конструкционные легир. стали подразделяют на цементируемые и улучшаемые. Первые подвергают цементации - насыщению с поверхности углеродом с последующей полной закалкой и низким отпуском, вторые - улучшению (закалке и высокому отпуску). Пружинно-рессорные стали, легированные Si, обладают высоким пределом упругости (предел пропорциональности @ 1500 МПа); их термодинамически обработка -закалка и средний отпуск. Инструментальные углеродистые и легир. стали предназначены для изготовления режущих, измерительных и штамповых инструментов, обладающих высокой твердостью, износостойкостью, достаточной ударной вязкостью, прочностью, теплостойкостью. Для режущего инструмента, работающего при небольших скоростях резания, применяют углеродистые заэвтектоидные стали, а также легированные хромокремнистые, хромовольфрамомарганцовистые и др. инструментальные стали. Последние обладают большей прокаливаемостью и теплостойкостью, меньшей хрупкостью, чем углеродистые. Для холодных штампов используют легированные доэвтектоидные стали (хромоникельмолибденовые, хромоникельтитановые и др.), для инструментов холодного деформирования - высокохромистые стали ледебуритного класса, содержащие 12% Сr, для инструментов холодного выдавливания - сложнолегир. стали с содержанием С 0,75%, для инструментов горячего деформирования - сложнолегир. электростали, содержащие 0,4-0,6% С. Быстрорежущие стали применяют для изготовления разнообразного режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Они обладают высокой теплостойкостью, твердостью, износостойкостью, высокой прокаливаемостью. Широко применяют сложнолегир. быстрорежущие стали, содержащие W, Мо, Со, Сr, V и др. элементы; содержание в них углерода около 0,9%. Наиб. часто применяемая быстрорежущая сталь содержит 5-6% W. Быстрорежущие стали относятся к сталям ледебуритного класса, т. к. благодаря высокому легированию в них сохраняются первичные карбиды, образовавшиеся при кристаллизации. Термич. обработка таких сталей состоит из высокотемпературной закалки в масле и трехкратного высокого отпуска. К жаропрочным сталям относят высоколегир. стали, содержащие Сr (0,4 14%), Ni (8-34%), Мо (0,4 0,8%), W (0,5 2%), V (0,15 0,40%). Жаропрочность сплава связана с тугоплавкостью основные металла, наличием в сплаве твердого раствора и дисперсной упрочняющей фазы. Жаропрочные стали подразделяют на стали для низких и средних температур стали ферритного класса, и повыш. температур (700 750 °С) стали аустенитного класса. Высокохромистые жаропрочные стали подвергают закалке при 1000-1060°С в масле и высокому отпуску. Для работы при температурах 800 °С применяют обычно сплавы на основе никеля (см. Жаропрочные сплавы). Коррозионностойкие (нержавеющие) стали стойки против разрушения в химический агрессивных средах (кислотах, щелочах). Осн. легирующий элемент этих сталей Сr. Хромистые нержавеющие стали разделяют на: 1) мартенситныe стали, легированные Сr (12-18%) и содержащие до 0,4% С; обладают высокими механические свойствами; 2) ферритные высокохромистые (16-30% Сr) стали; обладают высокой коррозионной стойкостью и пониж. механические свойствами; 3) аустенитные стали, легированные Сr (12-30%) и Ni (7-20%); обладают высоким пределом ползучести; применяются для работ при температурах до 700 °С. Термич. обработка хромистых нержавеющих сталей заключается в двойном отжиге или закалке, обработке холодом и старении (длительного выдержка при температурах, соответствующих отпуску). Электротехнические стали (трансформаторная и динамная) обладают высокой магн. проницаемостью и малыми потерями при перемагничивании; применяются обычно в виде листа и служат для изготовления различные магнитопроводов. Осн. легирующий элемент электротехн. сталей Si; содержание его в трансформаторной стали 4%, в динамной до 2,5%. В связи с большим содержанием Si и малым содержанием углерода трансформаторная сталь является сталью ферритного класса. С помощью отжига после холодной или горячей прокатки добиваются получения ребровой или кубич. текстуры этой стали, что значительно повышает ее электротехн. свойства.  

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Сплавы с особыми физико-химическими свойствами

 

К ним относят некоторые виды стали и сплавы с высоким (до 50%) содержанием различные элементов. Среди первых наиболее применение находят  износостойкие стали аустенитного класса с высоким содержанием  Мn (> 13%). Они обладают высоким сопротивлением износу и повыш. прочностью при довольно низкой твердости (например, сталь Гадфильда). Такое необычное сочетание противоположных  свойств объясняется способностью стали самоупрочняться под нагрузкой. Вторую группу составляют сплавы, обладающие спец. свойствами (табл. 1). Ферросплавы  используют в процессе производства ЖЕЛЕЗА СПЛАВЫ с. в качестве промежуточные  шихтовых материалов для легирования  и раскисления стали, чугуна и  некоторых др. сплавов. Наиб. распространение  получили ферросилиций, ферромарганец, феррохром и др. Легирующее действие того или иного ферросплава на сталь заключается в растворении  легирующего элемента в Fe или химический взаимодействие его с цементитом, в результате чего в стали образуются твердые растворы замещения и  карбиды соответствующих металлов различные типа (М₃С, МС, М₂С, М₇С₃, М₆С и др.). 

Для производства ферросплавов обычно используют руды необходимых  элементов, содержащие железо. Способы  выплавки ферросплавов: электротермический, электросиликотермический, металлотермический и доменный.

 

 

 

 

 

 

 

5. Физические и  физико-химические методы анализа

 

Эти методы основаны на использовании  зависимости физических свойств  вещества от их химического состава. Наиболее распространены следующие физические методы анализа.

Спектральный анализ основан на исследовании спектров поглощения и испускания исследуемого вещества. Таким методом установлен состав Солнца и звезд.

По интенсивности характеристических спектральных линий судят о количественном составе (1859 г немецкие ученые Бунзен и Кирхгоф).

Излучение света нагретыми  твердыми телами можно наблюдать  довольно часто. Когда нагревают  кусок стали, то он вначале раскаляется  и испускает красный свет; при  более высокой температуре свечение становится белым. Этот белый свет состоит из всех цветов видимого спектра, такое излучение называется непрерывным. Если нагревать кристаллы NaI, то они испускают желтый свет, т.е. в состав этого излучения входит лишь несколько характеристических типов излучения - Na+.

Природа излучения различна для различных веществ. Наиболее часто наблюдается линия испускания, соответствующая переходу из первого возбужденного состояния в основное, т.е. в состояние с наименьшей энергией. Подобную линию называют резонансной.

Преимущества метода: низкий предел обнаружения (до 10^-5 %), экспрессность, для анализа требуется небольшое количество вещества, возможность проведения анализа на расстоянии (натриевый пояс Земли на расстоянии 80 км от поверхности был обнаружен этим методом). Однако по точности он уступает классическим методам.

Приборы: стилометры, стилоскопы, спектрографы и фоторегистрирующие квантометры.

Люминесцентный анализ основан  на зависимости интенсивности люминесценции (свечения) от концентрации вещества. Эту  зависимость впервые установил  русский ученый С. М. Вавилов.

молекула + hv ^ молекула* (возбужденное состояние)

Эту реакцию можно осуществить  за счет: света - фотолюминесценция; рентгеновских  лучей - рент- генолюминесценция; радиоактивного излучения - радиолюминесценция; химических реакций - хеми- люминесценция. Эти методы, обладая очень низким пределом обнаружения (10^-6 - 10^-8%, иногда до 10 ^-9%) оказались весьма эффективными при анализе редких и рассеянных элементов, высокочистых веществ (ИРЕА, Е.А. Божевольнов). Е.А. Божевольнов говорил, что применять химические методы для анализа высокочистых веществ равносильно определению веса шерсти верблюда путем взвешивания его до и после стрижки.

Рефрактометрия - зависимость  показателя преломления от концентрации. Преломление (рефракция) - изменение направления прямолинейного распространения при переходе из одной среды в другую, при этом происходит взаимодействие света со средой.

Рефрактометрия - измерение  преломления света, которое оценивается  величиной показателя преломления. Метод отличается простотой выполнения и обеспечивает точность до 10^-3 %, поэтому находит широкое применение.

Рентгеноструктурный анализ - для исследования веществ используют рентгеновские лучи (анализ сплавов, металлов, строительных материалов).

Магнитная спектроскопия. В  последнее время метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) нашли  широкое применение в аналитической  химии. ЯМР основан на использовании  обусловленного ядерным магнетизмом  резонансного поглощения электромагнитных волн исследуемым веществом. ЭПР - использование явления резонансного поглощения электромагнитных волн парамагнитными частицами в постоянном магнитном поле.

Атомно-абсорбционный метод  основан на способности атомов металлов в газах пламени поглощать световую энергию при определенном значении длины волны. Атомно-абсорбционный метод позволяет определять примеси до 10^-12 %. Около 70 % элементов периодической системы Д.И. Менделеева определены этим методом. Одна из японских фирм изготавливает приборы, позволяющие одновременно определять 71 элемент (данные 1978 г).