Срубы и бани по всей России
Вот уже 10 лет на рынке

Доклад про сталь по химии 9 класс: Презентация к уроку химии в 9 классе по теме «Сплавы металлов. Сталь». | Презентация к уроку по химии (9 класс) по теме:

• alexxlab
• 04.07.202014.05.2021
• 0

Презентация к уроку химии в 9 классе по теме «Сплавы металлов. Сталь». | Презентация к уроку по химии (9 класс) по теме:

Слайд 1

Сталь

Слайд 2

Сталь (от нем. Stahl ) [1] — сплав железа с углеродом и/или с другими элементами. Сталь содержит не более 2,14 % углерода (при большем количестве углерода в железе образуется чугун ). Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость , снижая пластичность и вязкость . Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45% железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

Слайд 3

Применение стали Сталь — важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей промышленности. Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино — и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок. Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении — релаксационной стойкостью.

Слайд 4

Производство стали Суть процесса переработки чугуна на сталь состоит в уменьшении до нужной концентрации содержания углерода и вредных примесей — фосфора и серы, которые делают сталь хрупкой и ломкой. В зависимости от способа окисления углерода существуют различные способы переработки чугуна на сталь: конверторный, мартеновский и электротермический. К финансовому кризису в 2008 году Украина оставалась одной из немногих стран, где широко использовался мартеновский способ выплавки стали, достаточно энергозатратный и экологически вредный. Сейчас большинство мартеновских печей в Украине выведено из эксплуатации, а те что остались, вскоре также будут закрыты. Мартеновский способ выплавки стали не выдерживает конкуренции, обострившейся на мировых рынках после 2008 г. Таким образом, сейчас в Украине, как и во всем мире, подавляющее большинство стальной продукции производится конвертерным способом. Украина по состоянию на 2008 г. занимает пятое место в мире по объёмам экспорта стали, 76,46 % стали, производимой на мировом рынке, приходится на десять ведущих стран.

Слайд 5

Кислородно-конверторный способ получения стали По этому способу окисления избыток углерода и других примесей чугуна окисляют в присутствии кислородом воздуха, который продувают сквозь расплавленный чугун под давлением в специальных печах — конверторах. Конвертер представляет собой грушевидную стальную печь, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. Он может поворачиваться вокруг своей оси. Емкость конвертора 50—60 т. Материалом его футеровки служит либо динас (в состав которого входят главным образом SiO 2 , имеющий кислотные свойства), либо доломитная масса (смесь CaO и MgO , которые получают из доломита MgCO 3 ·CaCO 3 ; эта масса имеет основные свойства). В зависимости от материала футеровки печи конверторный способ разделяют на два вида: бессемеровский и томасовский.

Слайд 6

Бессемеровский (томасовский) метод Бессемерование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива. Процесс обработка литого чугуна в чушках , происходит путём продувки воздухом через него в овальном сосуде, конвертере, 15 — 25 тонной вместимости. Окисление примесей доводит шихту к подходящей температуре, которая зависит от состава сырья для высокой температуры: 2% кремния в кислотном и фосфора 1,5-2 % в основном процессе, необходимы для увеличения температуры. Выдувание шихты, которое вызывает интенсивное пламя в горловине конвертера, занимает приблизительно 25 минут, и такой короткий промежуток времени делает контроль процесса немного трудным. От кислотного бессемеровского процесса отказались в пользу мартеновского процесса, в основном из-за экономических факторов.

Слайд 7

Мартеновский метод получения стали Сталь получается путём окислительной плавки загруженных в печь железосодержащих материалов — чугуна, стального лома, железной руды и флюсов в результате сложных физико-химических процессов взаимодействия между металлом, шлаком и газовой средой печи. Шихта мартеновских печей подразделяется на металлическую часть (чугун, стальной лом, раскислители и легирующие добавки) и неметаллическую (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит, плавиковый шпат). Чугун, применяемый либо в жидком состоянии, либо в виде чушек , служит основным источником углерода, обеспечивающим нормальное протекание мартеновского процесса. Количество чугуна и стального лома в шихте может колебаться в любых соотношениях в зависимости от разновидности процесса, экономических условий, выплавляемых марок сталей. В качестве раскислителей и легирующих добавок, в мартеновском производстве используют ферросплавы и некоторые чистые металлы (алюминий, никель). Железная руда и мартеновский агломерат применяются в мартеновском производстве в качестве окислителей, а также в качестве флюса, способствующего ускоренному формированию активного шлака. В роли окислителя может использоваться также окалина. Известняк, известь, боксит, плавиковый шпат в мартеновском процессе служат для формирования шлака необходимого состава и консистенции, обеспечивающего протекание окислительных реакций, удаление вредных примесей и нагрев металла. Мартеновский способ получения стали был наиболее распространён в конце 19 и до середины 20 веков. С конца 20 века мартеновский способ активно вытесняется кислородно-конверторным способом получения стали.

Слайд 8

Тепло, требуемое в этом процессе, создается электрической дугой, находящейся между угольными электродами и металлической ванной. Обычно, шихта из градуированного стального лома плавится под окисленным шлаком для удаления фосфора. Нечистый шлак удаляется путём наклона печи. Второй шлак используется для удаления серы и диоксидов металла в печи. Это приводит к высокой степени очистки, и высококачественная сталь может быть сделана при чрезвычайно высоких температурах. Этот процесс широко используется для изготовления высоколегированных сталей, таких как нержавеющая, жаростойкая и быстрорежущая стали. Продувка кислородом часто используется для того, чтобы удалить углерод в присутствии хрома и позволяет использовать лом из нержавеющей стали. Содержание азота в сталях, сделанных бессемеровским и электродуговым процессами, составляет приблизительно 0,01-0,25 % по сравнению с приблизительно 0,002 — 0,008 % в мартеновских сталях. Электродуговой процесс

Слайд 9

Спасибо за внимание!

Металлы доклад по химии 9 класс сообщение

Металлы – химические элементы, которые имеют свойство высокой электропроводимости. Они широко распространены в морях, реках, горах, полях, в недрах земли и даже в телах живых организмов.

На сегодня, люди открыли 114 элементов, из которых 96 занимают металлы. Чтобы выяснить принадлежность вещества к металлам или неметаллам, нужно воспользоваться таблицей Менделеева. Нужно всего лишь провести диагональ с Астата к Бору. Все что находиться слева металлы. Все что справа неметаллы.

Они играют незаменимую роль в жизни. Они постоянно участвуют в процессах живых организмов. Именно поэтому отказаться от металлов нельзя.

Многие из металлов окисляются на свежем воздухе. Есть группа металлов, они называются благородные, воздух на них никак не влияет. В эту группу входят: золото, платина, серебро и многие другие. Некоторые со временем делают оксидную пленку и после этого реакция не продолжается.

Металлы можно поделить на 2 вида: цветные металлы и сплавы, черные металлы и его сплавы.

Первая группа, а именно золото, серебро, олово, медь, никель, называется так, потому что имеет разнообразный цвет. Его широко используют в ювелирных делах, для сознания украшений.

Черные элементы и сплавы. Сплавы получаются за счет легирования. Это добавление в металл другие элементы для придания новых свойств: прочность, гибкость, хрупкость, коррозионная устойчивость. Самым распространённым сплавом считается чугун и сталь.

Самой главным химическим свойством является, способность атомов отдавать электроны. Тем самым они становиться положительно заряженными ионами. Именно это изучал Бекетов. Он изобрел электрохимический ряд напряжений. Выглядит он так: Li, К, Ва, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb (H₂) Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Чем раньше стоит вещество, тем его активность сильнее.

Металлы используются в строительстве, потому как они прочны и не пропускают газы и жидкость. Также они являются хорошими проводниками. Этим активно пользуется человек. Их используют для электронагревательных элементов и резервистов как материал с сопротивлением. Еще из металлов и сплавов делают инструменты. В основном это сталь, алмаз, керамика.

Вариант 2

Металлы, это обширная часть элементов или просто веществ, имеющих определенные характеристики — большой коэффициент  электропроводности, достаточный запас пластичности и прочности, специфический цвет и большую степень ковки.

Первыми металлами, известными людям с глубоко древности, стали золото и серебро, доступно  встречающиеся  на поверхности земли.

В жизни металлы очень разнообразны, представлены в больших объемах и различных видах. Можно выделить несколько групп состояний металлов:

1. Ag, Au, Rt, Cu – самородный вид.
2. Fe₃O₄, Fe₂O₃, (NaK)₂O×AlO₃  — оксиды.
3. KCl, BaSO₄, Ca₃(PO₄)₂),- соли.
4. Cd – , Nb, Tl – сопутствующие минералы

Одними из часто находящихся на поверхности всей земли металлами являются алюминий и железо, а самыми редкими – калий и титан. 

Можно выделить и рассмотреть основные свойства металлов:

1. Температура плавления, у большинства веществ достаточна высокая, но есть металлы, которые легко плавятся даже на обычной газовой горелке, например олово.
2. Такой показатель как плотность, позволяет разделить металлы на две категории: легкие, например литий, и тяжелые, например осмий или иридий.   Это свойство позволяет применять металлы и их разнообразные сплавы для изготовления инструментов и станков, автомобилей и военной техники.
3. Такое свойство как  пластичность, позволяет использовать предметы из металлов в тех областях промышленности, где требуются особые гибкие и прочные на разрыв изделия.
4. Электропроводность, обусловлена присутствием подвижных электронов в кристаллических решетках металлов. Медь и алюминий обычно используют  при производстве проводниковой продукции, так как они имеют самую высокую электропроводность. Нихром, материал с повышенным сопротивлением, используют при производстве резисторов и в электронагревательных приборах.
5. Высокая теплопроводность металлов, например натрия, позволяет использовать предметы из металла в устройствах, требующих быстрого охлаждения.
6. Большинство металлов имеют примерно одинаковый светлый цвет  — серого, голубого или желто-красного оттенка.

В современном мире все большее развитие приобретают изделия из металла, обработанного специальными методами, изготовленными по специальным технологиям с добавлением инновационных добавок. Свойства таких материалов улучшаются с каждым годом, хотя в этой области науки ученых ждет еще много открытий.

Металлы

Интересные ответы

• Писатель Иван Ефремов. Жизнь и творчество

  Иван Антонович Ефремов (1908-1972 гг.) является советским ученым в области палеонтологии, прославившимся в качестве писателя в жанре фантастики.

• Пиявки — сообщение доклад (3, 7 класс биология)

  Пиявки относятся к классу поясковых и входят в тип кольчатых червей. Привычное место обитания – пресные водоемы, однако некоторые виды пиявок встречаются в морских водах. Разнообразие этих животных поистине велико

• Жизнь и творчество Кира Булычёва

  Кир Булычёв (настоящее имя Игорь Всеволодович Можейко) – один из самых популярных советских и российских писателей-фантастов. Также известен как востоковед, драматург, историк, фалерист, сценарист, литературовед.

• Эфиопия — сообщение доклад по географии 7 класс

  Эфиопия (Федеральная Демократическая Республика Эфиопия), ранее называвшаяся Абиссинией, расположена в восточной части Африки и имеет площадь приблизительно 1 127 127 кв. км

• Воздух — доклад сообщение 2, 3 класс

  Воздух везде, где только можно представить. Если бы вдруг исчез воздух, то не стало бы всего живого на Земле. Так чем же важен воздух и что это вообще такое? И из чего он сделан?

Конспект урока по химии на тему «Сплавы» для 9 класса

Урок по химии на тему «Сплавы»

9 класс

Автор Ким Наталья Викторовна

учитель химии высшей

квалификационной категории

МБОУ «СОШ №6» г. Нягани ХМАО-Югры

               Цель урока:  изучение  многообразия сплавов; их свойств и областей применения сплавов.
Оборудование: коллекция «Металлы и сплавы», выставка открыток с изображением  изделий из сплавов, периодическая таблица Д. И.Менделеева.

Ход урока.
 I.      Орг. момент.
 II.     Повторение.

Игра «Мозговой штурм» — на 5 минут класс разбивается на группы по 4 человека (две рядом расположенные парты). Каждая группа получает листок с заданием – загадкой на свойства металлов или определение самого металла. Через 5 минут группа зачитывает свой ответ к заданию. Можно разным группам приготовить похожие задания, тогда возможно обсуждение между группами.

Образцы заданий.

1. Как известно, после Бородинского сражения (26.08.1812 года) главнокомандующий русской армией генерал – фельдмаршал М.И.Кутузов (1745-1813 г.) принял очень нелегкое решение сжечь Москву: «Мы оставим Москву, но спасем армию, а значит, и всю Россию». Москва горела шесть дней. Погибло три четверти построек. Пожар уничтожил и монетный двор. Впоследствии, при разборке пожарища были обнаружены медяки, покрытые черным налетом.

Объясните причину образования черного налета на медных монетах? Можно ли его смыть? Если да, то как?

2. Хранение скоропортящихся продуктов сегодня не является проблемой благодаря холодильникам. Наши предки решали эту проблему, не имея сложной бытовой техники. Например, для того, чтобы сохранить куриные яйца дольше свежими, их обрабатывали раствором гашеной извести. Одну часть гашеной извести растворяли в 20 частях воды. Свежее яйцо окунали в полученный раствор. Когда яйцо высыхало, обработку повторяли.

Объясните процессы, происходящие с яйцом при длительном хранении на воздухе? Объясните, что происходит с яйцом после данной обработки?

3. Несколько лет назад из Летнего сада в С-Петербурге были убраны все подлинные статуи, являющиеся бесценными произведениями искусства, их заменили копиями.

Чем объяснить такое решение городских властей?

Какие компоненты воздуха приводят к разрушению мраморных статуй?
III.      Содержание урока.
     Сплавы — это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух и более компонентов, из которых, по крайней мере, один — металл.
В большинстве случаев сплавы обладают более полезными свойствами, чем составляющие их чистые металлы. Получены десятки тысяч сплавов. В чистом виде металлы используют редко.
1. Свойства сплавов.

У бронзы, например, прочность выше, чем у составляющих ее меди и олова. Сталь и чугун прочнее технически чистого железа. Помимо большей прочности многие сплавы обладают большей коррозионной стойкостью и твердостью, лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Так, чистая медь очень плохо поддается литью, из нее трудно получить отливки, и в то же время оловянная бронза имеет прекрасные литейные свойства: из нее отливают художественные изделия, требующие тонкой проработки деталей. Чугун-сплав железа с углеродом — также великолепный литейный материал.
 Помимо более высоких механических качеств сплавам присущи свойства, которых нет у чистых металлов. Примерами могут служить получаемая на основе железа нержавеющая сталь-материал с высокой коррозионной стойкостью даже в агрессивных средах и с высокой жаропрочностью, магнитные материалы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, с малым коэффициентом термического расширения.
2. Классификация сплавов.

В металлургии железо и его сплавы выделяют в одну группу под названием черные металлы; остальные металлы и их сплавы имеют техническое название цветные металлы. 

Подавляющее большинство железных (или черных) сплавов содержит углерод. Их разделяют на чугуны и стали.
 

Сплавы чёрной металлургии.    

 Чугун-сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5% углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу. Чугун значительно тверже железа, обычно он очень хрупкий, не куется, а при ударе разбивается. Этот сплав применяется для изготовления различных массивных деталей методом литья, так называемый литейный чугун и для переработки в сталь — передельный чугун.

В зависимости от состояния углерода в сплаве различают серый и белый чугун.

Сталь-сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали делят на два основных вида: углеродистая и легированная стали.
Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также других веществ гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие (0,3%С), средней твердости и твердые (до 2%С). Из мягкой и средней твердости стали делают детали машин, трубы, гвозди, скрепки и т. д., а из твердой — различные инструменты.
Легированная сталь — это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены еще специальные, легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, молибден и др.
Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так, хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии. Они применяются в строительстве, а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов. Хромомолибденовые и хромованадиевые стали очень твердые, прочные и жаростойкие. Они используются для изготовления трубопроводов, компрессоров, моторов и многих других деталей машин современной техники.
 Стали — это основа современного машиностроения, оборонной промышленности, ракетостроения и других отраслей промышленности. В развитии современной металлургии стали большое значение имели работы Д. К. Чернова и П. П. Аносова

Сплавы цветной металлургии.
 

Сплавы, повышающие прочность и другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель.

На сплавы идет более 30% меди.  Латуни — сплавы меди с цинком ( меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) — прочнее меди и менее подвержены окислению. При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлозно-бумажной промышленности.
     Бронза — сплав на основе меди с добавкой (до 20%) олова. Бронза хорошо отливается, поэтому используется в машиностроении, где из нее изготавливают подшипники, поршневые кольца, клапаны, арматуру и т. д. Используется также для художественного литья.
     Алюминиевые бронзы. Дюралюминий — сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний. Марганец и никель. Имеет хорошие механические свойства, применяется в самолетостроении машиностроении. Содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.
     Свинцовые бронзы, содержащие 25-33% свинца, используют главным образом для изготовления подшипников, работающих при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.
      Кремниевые бронзы, содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.
     Бериллиевые бронзы, содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью после закалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин и пружинящих изделий.
     Кадмиевые бронзы — сплавы меди с небольшим количества кадмия (до 1%) — используют при производстве троллейных проводов, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

Припои — сплавы цветных металлов, применяемые при пайке для получения монолитного паяного шва. Среди твердых припоев известен медносеребряный сплав (44,5-45,5% Ag; 29-31%Cu; остальное — цинк). Из цветных сплавов отметим бронзу, латунь, мельхиор, дюралюминий.

IV.    Домашнее задание.
§7упр.1-3,сообщения о производстве и применении сплавов .
V.     Закрепление
1.     На какие две группы делятся металлы?
2.     Сравните состав и свойства чугуна и стали. В чем сходство и различие?

Сталь 09Г2С: характеристики, свойства, аналоги

Марка стали 09Г2С – низколегированная конструкционная сталь, используется при производстве сортового и листового проката и фасонных профилей повышенной прочности. Производится согласно требованиям, закрепленным в стандартах ДСТУ 8541, ГОСТ 19281 и других нормативных документах.

Стандарт: ДСТУ 8541, ГОСТ 19281, ДСТУ 8804, ГОСТ 5520.

Классификация: Сталь конструкционная для сварных конструкций.

Продукция: Толстолистовой, рулонный, сортовой и фасонный прокат, электросварные трубы и профили, гнутые профили.

Химический состав стали 09Г2С (плавочный анализ) в соответствии с ДСТУ 8541, %

Механические свойства стали 09Г2С  в соответствии с ДСТУ 8541

Аналоги стали 09Г2С

Применение

Прокат, производимый из данной марки стали, зачастую используется для строительных конструкций разных форм и размеров. Высокая механическая прочность стали позволяет использовать более тонкие элементы по сравнению с использованием сталей прочих видов. Из стали 09Г2С изготавливают строительные конструкции, паровые котлы, трубы для транспортировки газов и жидкостей (нефть, вода, природный газ). Сталь этой марки часто используется в производстве нефтепромышленного оборудования и разнообразных деталей сельскохозяйственных машин и оборудования. Материал применяется практически во всех сферах машиностроения и производства. Высокая температурная устойчивость позволяет использовать данный вид стали в температурном диапазоне от -70 до +450 С.

Сваривание

Сварка может производиться как без подогрева, так и с предварительным подогревом до 100-120 ºС. Так как данная сталь является низкоуглеродистой, ее сваривание осуществляется без ограничений всеми доступными способами – ручной дуговой сваркой, автоматической дуговой сваркой под флюсом и газовой защитой и пр.

Доклад на тему Сплавы металлов 9 класс сообщение

Давным-давно люди приметили, говоря о биологии, например, что если совместить два организма, то третий превзойдёт своих родителей. Оказывается, тот же принцип работает и в химии, поэтому историю появления сплавов можно считать незамысловатой. Кто-то просто заметили, что при плавлении металлы смешиваются и получается что-то новое и более прочное.

По современному определению сплавы — это химическое соединение, в которое должен входить хотя бы один металл, при этом остальные компоненты металлами могут не являться.  

Например, бронза, являющаяся сплавом медь+олово, более прочная, поэтому чаще всего люди и используют сплавы. Тем более существует бесчисленное множество различных вариаций сплавов, хотя на данный момент известно всего восемьдесят с лишним видов металлов.

Также сплавы отличаются высокой стойкостью и твёрдостью помимо того, что они обладают превосходными литейными свойствами. Например, оловянная бронза (медь+олово) лучше поддаётся литью, чем просто медь, поэтому она часто используется в изваянии произведений искусства. К подобным литейным сплавам также относятся чугун (железо+углерод), дюралюминий (алюминий+медь+магний+марганец) и т. д.

Рассмотрим классификацию сплавов:

• Состав. Сплавы подразделяются по преобладающим компонентам, например: титановые, медные, никелевые и т.д.
• Ценность. Названия сплавов относятся к ценности компонентов, например: латунь, вольфрамовая сталь и т.д.
• Черные металлы. Название чаще всего используется в металлургическом производстве. В эту группу входят абсолютно все сплавы, в составе которых есть железо.
• Цветные металлы. Опять-таки название используется в металлургии и относится к остальным металлам, помимо железа.

Соответственно, вышеперечисленные группы делятся на подгруппы с более узким выбором общих компонентов или свойств, например.

Вариант №2

Сплавы

1) Причины использования
2) Классификации
3) Компоненты и лигатуры
4) Применение

Человек революционный шаг сделал, когда понял, что смесь меди и олова гораздо твёрже, чем любой из этих металлов в чистом виде. Считается, что это произошло не менее восьми тысяч лет назад.

В современном мире используются десятки тысяч сплавов, и продолжается разработка новых. Используют несколько критериев для классификации сплавов.

Прежде всего, выделяют две большие группы: чёрные металлы (т.е. сплавы на основе железа) и цветные металлы (на основе других элементов).

В зависимости от того, где будет использован данный металл, его относят к сплавам общего назначения или к специальным. Далее, различают двойные и сложные (тройные, четверные и т.д.) сплавы по числу элементов, входящих в его состав.

Выделяют легированные сплавы. В них вносят специальные примеси для получения нужных свойств. С точки зрения производственного процесса сплавы бывают литейные, порошковые (спекаемые) и деформируемые.

Степень связанности элементов в сплаве может быть разной, поэтому различают механическую смесь (каждый элемент образует отдельный кристалл), твёрдый раствор (разные элементы встраивается в общую кристаллическую решётку) и соединение (атомы образуют химическую связь).

Для придания железу большей твёрдости вносят углерод, но одновременно металл становится более хрупким. Сталь содержит 0.3-2.14% углерода. Малоуглеродистая сталь используется как конструкционный материал, более твёрдые сорта идут на изготовление инструментов. Легированная сталь применяется в машиностроении и изготовлении инструментов с большой скоростью резания. Легируют сталь введением хрома, марганца, титана, ванадия и др. Таким способом добиваются увеличения прочности без потери твёрдости.

Чугун содержит от 2 до 4% углерода. Из него литьём изготавливают изделия, обладающие хорошей стойкостью к истиранию, прочностью, жёсткостью.

Кадмий замедляет износ медных сплавов. В медных сплавах цинк увеличивает пластичность и устойчивость к коррозии. Титан намного увеличивает температурный предел эксплуатации. Никель и, в меньшей степени, хром увеличивают прочность феррита, не влияя на пластичность.

9 класс по химии

Сплавы металлов

Популярные темы сообщений

• Ядовитые грибы

  Грибы, которые содержат ядовитые вещества, являются ядовитыми. Они очень ядовитые. Применять такие грибы в пищу строго настрого запрещено. Ими можно серьезно отравится или даже умереть. Поэтому грибы нельзя употреблять не в каком виде,

• Корица

  Среди представителей вечнозеленых деревьев из семейства Лавровых есть 10-15-метровое деревце, которое бесценно благодаря своему применению. Это всем известная корица. Родиной растения являются Ява, Бразилия, Цейлон.

• Ладожское озеро

  Всем известно, что многие уголки России славятся прекрасным природным ландшафтом, состоящим из красивейших рек, озер и морей. Ладожское озеро является одним из таких притягательных мест.

Виды металла: классификация и сферы применения

Металлы – обобщенное название химических элементов, объеденных по ряду признаков. В периодической таблице они занимают большую часть, однако до сих пор не существует документа, позволяющего разделить их на классы.

Отличаются металлы в первую очередь своими качественными характеристиками. Какие-то имеют высокую теплопроводимость, другие выдерживают высокие нагрузки на разрыв и растяжение. В зависимости от этих качеств определяется и сфера применения, но металлы в природном виде, даже очищенные, не обладают необходимыми показателями в достаточном виде, поэтому применяется технология сплавов, то есть соединения нескольких элементов в одну молекулярную решетку. Это позволяет существенно улучшить характеристики, и придать сплаву необходимые качества.

Простой пример: возьмем распространенный в промышленности сплав бронзу. Это соединение, где основным элементом выступает медь. В качестве легирующего, то есть улучшающего качество, компонента используется олово. В результате соединения получается новый металл, более твердый и упругий по сравнению с чистой медью, который часто используют для изготовления крепежа.

Основные виды классификации металлов

Существует несколько видов классификации металлов. Начнем с основного типа – деления на две большие группы: черные и цветные. Черные металлы отличает высокая температура плавления, плотность и повышенная твердость. Цветные металлы, в большинстве случаев, плавятся при более низких температурах и обладают повышенной электро и теплопроводимостью.

Такое разделение обусловлено распространением элементов в природе. На добычу черных элементов приходится более 90 процентов от всей массы добываемых металлов, в то время как на цветную группу приходится не более 5-10 процентов. Необходимо отметить, что виды классификации являются условными, и используются в зависимости от назначения конечного продукта, который производят из этих металлов. Так, для изготовления крепежа используется классификация по техническим характеристикам, а для изготовления сложных сплавов химическая и кристаллическая. Рассмотрим эти виды подробнее.

Химическая классификация металлов

Все элементы в периодической таблице делятся на четыре основных группы, маркируемые латинскими буквами:

• S. Отмечены розовым цветом.
• P. Желтые элементы.
• D. Бирюзовый цвет.
• F. Зеленые элементы в таблице.

Каждая группа содержит в себе металлы. Элементы из первых двух категорий (S и P) называют простым видом, а элементы из групп D и F переходным. Также каждая группа делится еще на несколько категорий. В группу S входят щелочные и щелочеземеленые металлы, а в группы D и F платиновые, урановые и редкоземельные. При этом в каждой группе существуют исключения, из чего можно сделать вывод, что деление металлов по химическим группам является условностью, и редко применяется в практических сферах. Такое деление интересно только для научных изысканий, и практически не применимо в промышленности и производстве. Например, изготовление крепежа отталкивается от технических аспектов, и лишь в малой степени от химических.

Классификация металлов по кристаллической решетке

Все элементы имеют, так называемую, кристаллическую решетку. Абстрактная структура, определяющая расположение атомов и электронов, а также их привязку к ядру. В аморфных материалах, таких как стекло, атомы расположены хаотично, и не имеют строгой конструкции. В отличие от металлов, которые в твердом виде обладают строго структурированной решеткой, с четким построением молекулярных элементов. Всего разделяют 4 вида кристаллических решеток, которые проще представить в виде таблицы:

Это наиболее распространенные типы кристаллических решеток, часто встречающиеся у металлов. В общей сложности система классификации насчитывает 14 конфигураций, но у металлов они или встречаются крайне редко, или не встречаются вообще. Также следует отметить, что правильное построение решетки возможно только при естественном затвердевании металла, без искусственных ускорений. Если процесс остывания был ускорен, форма решетки изменится. В производстве это называют закаливанием, в результате которого меняется не только молекулярная структура, но и технические свойства.

Также, при нарушении норм производства металлического проката, может наблюдаться замена в кристаллической решетке. Это ведет к полному изменению качеств готового изделия. Чтобы условия производства соблюдались, были разработаны нормы стандартизации, гарантирующие четкое соответствие готового проката техническому описанию его свойств.

Техническая классификация металлов

Наиболее полную систему классификации предложил профессор Гуляев, хотя современные ученые и не согласны с некоторыми ее аспектами, ничего нового пока предложено не было. Итак, черные металлы делят на 5 основных подгрупп:

1. Железные металлы. Сюда входят марганец, кобальт, никель, и конечно, железо. Наиболее распространенная в природе группа, используемая в сплавах как основной компонент.
2. Тугоплавкие. Элементы, имеющие высокую температуру расплавления. В качестве эталона принята мера в 1539 градусов по Цельсию.
3. Редкоземельные. Дорогостоящие в плане добычи и обработки элементы, к которым относят неодим, европий, самарий и другие металлы, используемые в качестве присадок к основному сплаву. Способны даже при небольшом проценте вмешательства существенно повысить или полностью изменить характеристики сплава.
4. Щелочные. Особая группа, практически не применяемая в чистом виде. Чаще всего используются в атомной энергетике. Сюда относят: литий, барий, радий и другие.
5. Урановые. Торий, уран, плутоний. Применяются исключительно в атомной энергетике.

Цветные металлы также делят на несколько подгрупп. Их три:

1. Легкие. Алюминий, магний, бериллий. Обладают низким удельным весом и часто применяются в авиастроении и прочих сферах, где необходим твердый, но в то же время легкий материал.
2. Легкоплавкие. Металлы с наиболее низкой температурой плавления: цинк, олово, свинец. Используются как в чистом виде, в качестве припоя и соединительного элемента, и как легирующие добавки, повышающие или изменяющие характеристики сплава.
3. Благородные или драгоценные металлы. Наиболее редкие элементы, к которым относят: золото, серебро, палладий, платину. Обладают максимальной устойчивостью к коррозии и окислению, благодаря чему получают широкое распространение в различных промышленных сферах.

Практически все металлы из двух групп поддаются смешению, то есть производству из них сплавов с необходимыми техническими характеристиками.

Классификатор металлов по ГОСТ

Если рассматривать метлы с точки зрения геологии и распространения в природе, их делят на две большие группы: черные и цветные. Об этом мы уже говорили выше. В химии деление происходит по 4 направлениям, но чтобы привести виды металлов к общему знаменателю, необходимо более точное разделение. Начнем с основного типа классификации: металлы и сплавы. Металлы – это материалы, используемые в чистом, или практически чистом виде. Здесь допускаются примеси, но в незначительной степени, то есть те, которые не способны оказать влияния и изменить технические характеристики. Сплавами называют соединения, с высоким содержанием двух и более элементов.

Для того чтобы сплав получил маркировку, в его составе должно быть не менее 50 процентов основного компонента. То есть, если мы берем бронзу, то понимаем, что в ее составе больше половины занимает медь, а остальное делится между другими металлическими компонентами. Чистые металлы, в свою очередь, делятся на стали и чугуны. Эти металлы имеют в составе углерод. Если его содержание не превышает 2,14 %, его называют сталью. Свыше этого значения уже чугун.

Классификация металлов

Чтобы привести все виды металлов к единому стандарту качества, необходимо разделить их на группы. Таких групп 3:

1. Стали,
2. Чугуны,
3. Сплавы на основе цветных металлов.

Каждая группа имеет деление на подгруппы. У стали это:

• углеродистая,
• легированная,
• специальная.

Углеродистая сталь не имеют легирующих, то есть изменяющих структуру элементов. Допускаются примеси, но в незначительном количестве. Углеродистая сталь в свою очередь делится на инструментальную и конструкционную. Кардинальные различия заключаются в процентах содержания в составе углерода. Конструкционная сталь содержит не более 0,6%, а инструментальная от 0,7 до 1,5%. Далее конструкционная сталь делится на обычное качество и высокое. В обычном качестве допускаются примеси серы и фосфора, но в количестве, не превышающем 0,3 процента. Соответственно высококачественная сталь не предусматривает наличия этих элементов в составе, или их количество должно быть меньше установленной нормы.

Далее легированная сталь, то есть материал, имеющий в составе компонент, влияющий на качественные характеристики сплава. Список легирующих элементов довольно большой, и здесь его приводить не имеет смысла. Содержание легирующего элемента начинается от 2,5%. Такая сталь называется низколегированной. Если в составе от 2,5 до 10 процентов, это уже среднелегированная марка, а при содержании свыше 10 процентов, получается высоколегированная сталь.

Помимо этого легированные стали делятся по назначению. Здесь три группы:

1. инструментальная,
2. конструкционная,
3. специальная

В стандартизации каждый элемент имеет буквенное обозначение, а для причисления легированной стали к тому или иному классу используется отдельный список. Все легированные стали обозначаются сочетанием букв и цифр. Для примера рассмотрим такое соединение: 10Г2СД.

Первая цифра здесь – это количество углерода в сотых долях процента. Далее буква Г, в классификаторе означающая марганец. Следующая за буквой Г цифра 2 говорит нам о том, что марганец в этом составе присутствует в двухпроцентной доле. И последние две буквы – это дополнительные элементы, процентная доля которых менее 1,5%. В данном случае сюда добавлены медь и кремний.

Последний вид стали – специальный. Он делится на несколько групп:

• строительная,
• подшипниковая,
• арматурная,
• котельная,
• автоматная.

Соответственно для каждой группы имеются свои стандарты.

Далее идут чугуны, делящиеся на три группы:

1. белый,
2. отбеленный,
3. и графитизированный.

У каждой группы также имеется свое разделения, но наибольший интерес представляет графитизированный чугун, который делится на:

• серый,
• вермикулярный,
• ковкий
• и высокопрочный.

Отношение к какой-либо группе определяется процентным соотношением углерода к металлу в составе, а также наличию примесей, допустимых стандартами, то есть ГОСТами.

И, наконец, последняя крупная группа – сплавы на основе цветных металлов. Здесь очень много разделений и видов классификации, поэтому остановимся на трех основных категориях, и представим их в виде таблиц:

Алюминиевые сплавы:

Медные сплавы:

Поиск сплава в классификаторе ГОСТ

Государственные стандарты четко определяют не только виды металлов и сплавов, но и качество производства заготовок для дальнейшей обработки и производства металлоизделий. Реестр очень большой, и первый пункт, который нам нужен – металлы и металлические изделия.

Далее переходим в необходимый раздел. Углеродистая и качественная сталь имеет маркировку В2 и В3 соответственно, а цветные металлы и их сплавы находятся в разделе В5. Также имеет смысл поискать в разделе В8, где перечислены стандарты литейных отливок.

Если мы говорим про изготовление крепежа, наибольший интерес представляет раздел В5, а внутри него подраздел В51.

Перед нами открывается список всех ГОСТов, связанных с этими определениями.

Он довольно большой, и не зная конкретного номера найти необходимую статью довольно сложно. Если же номер известен изначально, то на сайте ГосСтандарта есть готовый поиск, куда необходимо внести свой номер, чтобы сразу получить доступ к необходимому элементу.

Сферы применения основных металлов

Рассматривать радиоактивные и редкоземельные металлы не имеет смысла, так как в производстве крепежа они практически не принимают участия, как и в других сферах, не связанных с атомной энергетикой и некоторыми редкими видами промышленности. Нас интересуют основные металлы и сплавы рассмотренные выше.

Сферы их применения очень разнообразны:

• строительство,
• авиастроение,
• машиностроение,
• производство инструментов,
• металлоконструкции,
• станкостроение.

И так далее. Изготовление крепежа можно отнести нескольким категориям, но по сути, это металлоконструкции, называемые в народе Метизы. Для производства метизов используются десятки различных металлов и сплавов, от конструкционной стали и чугуна, до сложных сплавов на основе титана и меди.

Коротко по каждому виду, применяемому для изготовления крепежей

Перед тем как перейти к описанию конкретных видов металлов и сплавов, необходимо определиться, какие основные технические требования предъявляются к продуктам, попадающим под категорию «крепеж». Их несколько:

• прочность учитывается прочность на разрыв и излом.
• Пружинистость. Возможность металла возвращать изначальную форму после сжатия.
• Устойчивость к коррозии и окислению. Актуально для всех видов крепежа.

И многое друге. Теперь поговорим о конкретных металлах и сплавах. Их список выглядит следующим образом:

1. Алюминий и сплавы на его основе,
2. Медь,
3. Латунь,
4. Бронза,
5. Инструментальная сталь,
6. Легированная сталь,
7. Ковкий чугун,
8. Сталь нержавеющая.

Начнем по порядку: первый пункт – это алюминий и сплавы на его основе. Он применяется при изготовлении клепок и различных зажимов. Также в клепках может быть использована медь для повышения качества метиза. Помимо этого из меди изготавливают гайки специального назначения. Они используются, в частности, при судостроении, так как медь при контакте с другими металлами не создает искру.

Латунь и бронза отличаются повышенной, по сравнению с медью, прочностью, поэтому из них изготавливают различные шпонки, элементы анкеров, а также болты, шурупы и винты. Еще одна особенность этих сплавов заключается в отсутствии скипания. То есть при электрическом замыкании, сталь сплавляется, а медь остается цельной и не разрушается.

Из легированной и конструкционной стали изготавливаются барашковые гайки, струбцины и прочие удерживающие элементы. Это обусловлено высокой прочностью этих марок. Нержавеющая сталь, в свою очередь применяется там, где необходима максимальная устойчивость к коррозии. Что касается чугуна, то он чаще всего применяется при производстве запорной арматуры, то есть вентилей и запоров.

Сталь 20 конструкционная углеродистая качественная

Сталь 20 относится к разряду обогащенных углеродом конструкционным сталям высокого уровня качества. На производства поставляется в нескольких вариациях – серебрянка, калиброванная, кованная или горячекатаная. Можно выделить пять типов данной разновидности стали по требованиям к ее механическим свойствам.

Типы стали по требованию к механическим свойствам:

• Первый тип представляет собой сталь всех используемых видов обработки, но без проведенных испытаний по растяжению и ударной вязкости.
• Второй тип – это образцы нормализованной стали всех типов обработки размеров в двадцать пять миллиметров, которые подвергаются испытаниям на растяжение и ударную вязкость.
• Третий тип представляет собой все те же образцы, на которых проводятся вышеупомянутые испытания. Единственное отличие – это их размер. В этом типе он составляет от двадцати шести до ста миллиметров.
• Четвертый тип представляет собой образцы из заготовок с размером  — до сотни миллиметров, которые были обработаны термическим путем. Они также применяются для проведения испытаний над материалом.
• Пятый тип – это также образцы, которые изготовлены из отожженных или выскоопущенных сталей. Еще одно технологическое решение – это образцы из нагартованной стали.

Сталь 20 может быть при необходимости заменена схожими материалами марок 15 и 25.

Технологические свойства стали 20

Для начала процесса ковки достаточно разогреть сталь до +1280 градусов Цельсия, а завершаться процесс должен при температуре -750 градусов Цельсия, при том что охлаждение поковки производится воздушным способом. Сталь марки 20 относится с типу нефлокеночувствительных, а также она не склонна к отпускной способности. Возможность сваривания данного типа стали ничем не ограничена, за исключением тех деталей, которые подвергались химико-термической обработке.

Сталь 20 зачастую используется в процессе производства тех деталей, которые работают со сравнительно небольшим нагружением. Это могут быть оси, пальцы или шестерни, а также и те детали, которые будут подвергаться цементированию  для продления срока службы. Помимо всего, такой тип стали может быть использован в процессе изготовления особо тонких деталей, в большинстве своем работающих на истирание. Без термической обработки этот вид стали используется в производстве крюков подъемных кранов, а также прочих деталей, эксплуатация которых производится под некоторым давлением в диапазоне температур от -40 до +450 градусов Цельсия. Химико-термическая обработка наделяет сталь 20 всеми необходимыми свойствами для использования ее в качестве основы для деталей, главной особенностью которых является высокий уровень прочности поверхности.

Химический состав стали 20

Состав марки стали 20 очень разнообразен, ведь в нем  представлен углерод, марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, фосфор и сера. По сути своей данный тип стали представляет собой очень интересную смесь, в составе которой имеется феррит  и перлит. В процессе термической обработки структуру материала можно изменить до пакетного мартенсита. Стоит отметить, что данные преобразования структуры приведут к тому, что прочность стали увеличиться, а ее пластичность, наоборот, уменьшиться. Если сталь 20 подвергнуть термической обработке, после этого она  может быть использована в процессе изготовления  особой продукции метизного типа.

Зарубежные аналоги стали 20

США	1020, 1023, 1024, G10200, G10230, h20200, M1020, M1023
Германия	1. 0402, 1.0405, 1.1151, C22, C22E, C22R, Ck22, Cm22, Cq22, St35, St45-8
Япония	S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W
Франция	1C22, 2C22, AF42, AF42C20, C20, C22, C22E, C25E, XC15, XC18, XC25
Англия	050A20, 055M15, 070M20, 070M26, 1449-22CS, 1449-22HS, 1C22, 22HS, 430, C22, C22E
Евросоюз	1.1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E
Италия	C18, C20, C21, C22, C22E, C22R, C25, C25E
Бельгия	C25-1, C25-2
Испания	1C22, C22, C25k, F.112, F.1120
Китай	20, 20G, 20R, 20Z
Швеция	1450
Болгария	20, C22, C22E
Венгрия	A45.47, C22E
Польша	20, K18
Румыния	OLC20, OLC20X
Чехия	12022, 12024
Австралия	1020, M1020
Швейцария	Ck22
Юж. Корея	SM20C, SM20CK, SM22C

Физические свойства стали 20

T	E 10— 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2,13		52	7859
100	2,03	11,60	50.6	7834	486	219
200	1,99	12,60	48. 6	7803	498	292
300	1,90	13,10	46.2	7770	514	381
400	1,82	13,60	42.8	7736	533	487
500	1,72	14,10	39.1	7699	555	601
600	1,60	14,60	35.8	7659	584	758
700		14,80	32	7617	636	925
800		12,90		7624	703	1094
900				7600	703	1135
1000					695

Механические свойства стали 20 при температуре 20 

⁰С

Механические свойства стали 20 при повышенных температурах 

⁰С

Пределы выносливости стали 20

Механические свойства стали 20 после ХТО

Технологические свойства стали 20

Ударная вязкость стали 20 KCU (Дж/см3) при низких температурах °С

Предел текучести стали 20

Химический состав стали 20 по ТУ и ГОСТ

Обозначения используемые в таблицах

Механические свойства:

• s_в — Предел кратковременной прочности, [МПа]
• s_Т — Предел текучести, [МПа]
• s_0,2 — Предел пропорциональности (допуск на остаточную деформацию — 0,2%), [МПа]
• d₅ — Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
• y — Относительное сужение, [ % ]
• KCU — Ударная вязкость, [ кДж / м²]
• HB — Твердость по Бринеллю, [МПа]
• HV — Твердость по Виккерсу, [МПа]
• HSh — Твердость по Шору, [МПа]

Физические свойства:

• T — Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
• E — Модуль упругости первого рода, [МПа]
• a — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) , [1/Град]
• l — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
• r — Плотность материала , [кг/м³]
• C — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
• R — Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Низколегированная сталь — обзор

3.6.1 Низколегированные и углеродистые стали

Низколегированные и углеродистые стали составляют основную часть конструкционных металлов, и мы вместе называем их ферритными сталями, чтобы отличить их от аустенитных марок. . Они имеют относительно низкое содержание легирующих элементов, особенно углеродистые стали, что объясняет их низкую стоимость по сравнению с высоколегированными сталями, такими как нержавеющие стали. Однако микроструктура этих сплавов весьма разнообразна и не ограничивается преимущественно ферритом.Ферритные стали легко формуются и свариваются, и существует множество способов контролировать микроструктуру и свойства с помощью термической обработки и механической деформации. Именно сочетание производственной гибкости, доступности и низкой стоимости делает ферритные стали наиболее широко используемыми сталями для систем давления. Одним из ограничений ферритных сталей является то, что вязкость разрушения может резко снижаться при низкой температуре, явление, известное как «переход из пластичного в хрупкое состояние» в сталях.

Углеродистые стали обычно наименее дорогие и используются в больших объемах, таких как трубопроводы. Углеродистые стали обычно содержат марганец в концентрациях до 2 мас.% И углерод в концентрациях от 0,02 до 0,5 мас.%. Кремний присутствует в результате процесса производства стали в количестве около 0,5 мас.%. Сера и фосфор являются обычными нежелательными элементами, которые присутствуют во всех сталях в небольших концентрациях и могут оказывать вредное воздействие на свойства, если их не контролировать.В последние несколько десятилетий добавки микролегирования широко применялись в углеродистых сталях для улучшения механических свойств и производственных процессов. Общее содержание микролегирующих элементов обычно составляет менее 0,5 мас.% И обычно состоит из ниобия, ванадия и титана. Углеродистые стали для работы с водородом перерабатываются для получения однородных мелкозернистых микроструктур [31]. Нормализующая термообработка, состоящая из нагрева стали в области аустенитной фазы с последующим охлаждением на воздухе [52], может дать желаемую микроструктуру в обычных сталях.Для микролегированных сталей используются более сложные термомеханические процессы, состоящие из горячей прокатки в области аустенитно-ферритной фазы для получения желаемой мелкозернистой микроструктуры в готовом продукте [52].

Низколегированные стали отличаются добавками хрома, молибдена и, в некоторых случаях, никеля. Эти элементы добавляются в концентрациях в несколько процентов, но общее содержание сплава обычно составляет менее 5 мас.%. Современные стальные сосуды высокого давления обычно изготавливаются из низколегированных сталей с микроструктурой «закаленной и отпущенной».Последовательность термообработки для создания этой микроструктуры состоит из нагрева в области аустенитной фазы, быстрого охлаждения (закалки) с образованием мартенсита, затем отпуска при промежуточной температуре [52]; этот процесс можно использовать для данной стали для получения широкого диапазона прочностных свойств. Для сосудов с газообразным водородом параметры термообработки выбираются так, чтобы получить однородную микроструктуру отпущенного мартенсита с пределом прочности ( S _u ) менее 950 МПа (раздел 3.5.1) [45]. Низколегированные стали обладают улучшенными характеристиками упрочнения по сравнению с углеродистыми сталями при эквивалентном содержании углерода, а их микроструктура более стабильна при повышенных температурах.

Восприимчивость ферритных сталей к водородному охрупчиванию является особенно сложной функцией поперечного сечения микроструктурных, механических и экологических переменных, поскольку микроструктура и прочность могут варьироваться в таких широких пределах. Микроструктуры в низколегированных и углеродистых сталях, устойчивых к водородному охрупчиванию, полностью не выяснены, хотя, как упоминалось ранее, мартенсит обычно считается очень чувствительным к водородному охрупчиванию, особенно если он не закален [7, 8].Как описано в разделе 3.4.1 (рис. 3.2), общепринятой тенденцией является то, что склонность к водородному охрупчиванию увеличивается с увеличением прочности материала. Следовательно, закаленные и отпущенные низколегированные стали для сосудов под давлением ограничены правилами и стандартами относительно низкопрочных условий, чтобы гарантировать устойчивость к водородному охрупчиванию по сравнению с тем же сплавом с более высокой прочностью. Фактически, высокопрочные стали могут сильно охрупчиваться при воздействии парциального давления водорода менее 1 атм.Однако тенденции прочности следует квалифицировать, поскольку состав сплава и микроструктура могут в некоторых случаях доминировать над водородным охрупчиванием [8]. Например, высокоуглеродистая сталь с микроструктурой низкой прочности может быть более восприимчивой к водородной хрупкости, чем низколегированная сталь средней прочности. Таким образом, тщательный учет микроструктуры по отношению к водородной среде чрезвычайно важен для надежной конструкции.

При хранении газа распространение усталостных трещин, вызванное водородным охрупчиванием, необходимо рассматривать количественно, поскольку существующие данные по усталости в газообразном водороде показывают, что углеродистые стали могут подвергаться значительному воздействию даже при низком давлении газа [29, 43, 44, 53, 54] .Для низколегированных сталей данные о распространении усталостных трещин в газообразном водороде в значительной степени отсутствуют [34, 55–57], и большая часть инженерного опыта относится к меньшему количеству циклов давления (например, промышленные газовые баллоны), чем ожидается для применения при заправке топливом. Следовательно, как для низколегированных, так и для углеродистых сталей ожидается, что распространение усталостной трещины будет важным, если не ограничивающим фактором при работе с газообразным водородом.

Сварка низколегированных и углеродистых сталей в любой системе давления представляет собой серьезную проблему.Многие компоненты, работающие под давлением, спроектированы с использованием бесшовной конструкции, чтобы свести к минимуму возможность разрушения сварных швов, в частности в ЗТВ, которая может иметь значительно более низкое сопротивление разрушению, чем основной металл. В водородной среде ЗТВ может быть более восприимчивой к водородному охрупчиванию, чем основной металл. Относительно немного исследований посвящено водородному охрупчиванию сварных швов в ферритных сталях [29, 30], и необходимы более подробные исследования. Одной из важных характеристик материала, определяющих свойства сварного шва, является углеродный эквивалент (CE).CE представляет собой средневзвешенное значение элементов, где концентрации углерода и марганца являются значимыми факторами [31]. Более высокие значения CE увеличивают склонность к образованию мартенсита во время сварки. Поскольку не отпущенный мартенсит чрезвычайно уязвим для водородного охрупчивания [7, 8], сварные швы могут стать предметом серьезного беспокойства, если не может быть применена термообработка после сварки. Хотя низкие значения CE указаны для предотвращения образования мартенсита в сварных швах [31], эти области часто все же тверже, чем окружающий основной металл трубопровода.Как указано в разделе 3.4.1, более высокая твердость (т.е. более высокий предел текучести) делает стальные сварные швы более восприимчивыми к водородному охрупчиванию.

Повышенная температура является особенно ограничивающим условием эксплуатации недорогих сталей в контакте с газообразным водородом, поскольку может действовать необратимый механизм разложения водорода, называемый водородной атакой (раздел 3.4). Атомарный водород в стали будет реагировать с углеродом при определенных условиях с образованием метана, который нерастворим в металлах, образуя пористость и образование пузырей [2].Условия, при которых происходят эти реакции, сильно зависят от активности углерода и, следовательно, от состава стали и температуры. Время выдержки также играет важную роль, хотя диффузия водорода в ферритных сталях довольно быстрая; таким образом, деградация может активироваться в течение относительно короткого времени воздействия. Углеродистые стали с низким содержанием переходных металлов (например, хрома, молибдена) наиболее подвержены этому механизму разложения и, как правило, не рекомендуются для использования при температурах выше примерно 473 К.Легирующие элементы, которые проявляют сильное сродство к углероду, такие как хром и молибден (легирующие агенты в низколегированных сталях), повышают стойкость к воздействию водорода, эффективно повышая температуру, при которой эти сплавы могут использоваться в водородной среде. Элементы микролегирования, такие как ванадий и ниобий, добавляются из-за их сильного сродства к углероду и, таким образом, имеют наибольшее преимущество в пересчете на вес. Неясно, в какой степени микролегирующие элементы конкретно снижают водородную атаку, но низкое содержание этих легирующих элементов может не иметь существенного эффекта.В документе RP941 Американского института нефти (API) приведены эмпирически установленные границы для различных классов сплавов, основанные на многолетнем инженерном опыте [58]; эти границы обычно называют кривыми Нельсона.

Открытые учебники | Сиявула

Математика

Наука

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 7A

      • Марка 7Б

      • Оценка 7 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 7А

      • Граад 7Б

      • Граад 7 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 8A

      • класс 8Б

      • Оценка 8 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 8А

      • Граад 8Б

      • Граад 8 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 9А

      • Марка 9Б

      • 9 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 9А

      • Граад 9Б

      • Граад 9 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 4A

      • Класс 4Б

      • Класс 4 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 4А

      • Граад 4Б

      • Граад 4 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 5А

      • Марка 5Б

      • Оценка 5 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 5А

      • Граад 5Б

      • Граад 5 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 6A

      • класс 6Б

      • 6 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 6А

      • Граад 6Б

      • Граад 6 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

Наша книга лицензионная

Эти книги не просто бесплатные, они также имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (брендированные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий.Вы можете делать ксерокопии, распечатывать и распространять их сколько угодно раз. Вы можете скачать их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственным ограничением является то, что вы не можете адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки каким-либо образом, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, спонсорские логотипы и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (версии без бренда)

Эти небрендированные версии одного и того же контента доступны для вас, чтобы вы могли делиться ими, адаптировать, трансформировать, модифицировать или дополнять их любым способом, с единственным требованием — дать соответствующую оценку Siyavula. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Нержавеющая сталь — свойства, сорта и области применения

Спрос на нержавеющую сталь ежегодно увеличивается на целых 5%.В 2019 году его мировое производство превысило 52 миллиона тонн.

В настоящее время нержавеющая сталь используется во многих отраслях промышленности. Помимо традиционных и морских конструкций, все большее распространение получает бытовая техника.

Хотя нержавеющая сталь дороже низкоуглеродистой стали, ее превосходные свойства приводят к увеличению срока службы и снижению стоимости цикла. Таким образом, более высокие первоначальные затраты окупаются в долгосрочной перспективе.

В этой статье мы подробнее рассмотрим этот металл и то, что делает его таким популярным в различных отраслях промышленности.

Что такое нержавеющая сталь?

Мы знаем, что сталь представляет собой сплав железа и углерода с максимальным содержанием углерода 2,1%. Нержавеющие стали — это группа сталей, устойчивых к коррозии благодаря добавлению легирующих элементов .

Термин нержавеющая сталь используется для описания семейства из примерно 200 сплавов стали с замечательными жаропрочными и коррозионными свойствами. Процент углерода может варьироваться от 0,03% до 1,2%.

Его отличительной особенностью является высокое содержание хрома.Нержавеющая сталь содержит минимум 10,5% хрома, что улучшает ее коррозионную стойкость и прочность.

Хром в сплаве создает пассивный слой при окислении на воздухе. Этот слой действует как защита от дальнейшей коррозии, что делает сплав стойким к ржавчине. Этот механизм позволяет сохранять безупречный внешний вид в течение длительного времени при нормальных условиях работы.

Преимущества нержавеющей стали

Нержавеющая сталь с феноменальным успехом используется в различных отраслях промышленности уже более 70 лет.С каждым годом открывается все больше приложений, поскольку все шире выявляются его преимущества.

С увеличением спроса увеличилось производство, что сделало его более доступным, чем когда-либо. Повышенный спрос приводит к доступности как стандартных, так и нестандартных размеров. Кроме того, доступен широкий выбор отделки из нержавеющей стали.

Помимо полированной отделки, доступен целый ряд узорчатых и цветных поверхностей. Это дает возможность найти подходящий вариант для ваших нужд.

Нержавеющая сталь также подлежит 100% вторичной переработке. Фактически, половина всей продукции нержавеющей стали производится из металлолома. Это делает его относительно экологически чистым материалом.

Примеры использования

Нержавеющая сталь — чрезвычайно универсальный материал. Предпочтительно там, где требуются тандемные свойства стали и коррозионная стойкость.

Его впервые использовали в столовых приборах, но из-за его свойств устойчивости к коррозии. Затем он попал в химическую промышленность.Сегодня нержавеющую сталь можно встретить практически повсюду.

Сценарии использования варьируются от отрасли к отрасли. Например, они используются для изготовления крохотных деталей для наручных часов. В то же время большие панели с определенной отделкой поверхности могут покрывать целые постройки.

Концертный зал Уолта Диснея

Несколько отраслей, широко использующих нержавеющую сталь:

• Питание и общественное питание
• Химическая и фармацевтическая промышленность
• Производство медицинского оборудования
• Архитектура и строительство
• Бытовая техника
• Оффшор и судостроение
• Автомобилестроение
• Энергетика и промышленность

Типы нержавеющей стали

Существует множество марок нержавеющей стали с различными вариантами отделки поверхности в зависимости от среды, которую металл должен выдерживать.По микроструктуре их можно разделить на четыре основные категории.

Аустенитная нержавеющая сталь

Аустенитная нержавеющая сталь имеет аустенит в качестве первичной микроструктуры. Аустенит — это твердый раствор железа и углерода, который возникает при температуре выше критической 723 ° C. Это семейство нержавеющих сталей демонстрирует высокую прочность и впечатляющую стойкость к повышенным температурам.

70% всей нержавеющей стали является аустенитной. Он содержит не менее 16% хрома и 6% никеля.

Аустенитные стабилизаторы — это элементы, которые добавляют для ускорения образования микроструктуры аустенита. Этот сорт нержавеющей стали является немагнитным металлом и не подлежит упрочнению при термообработке. Коррозионная стойкость может быть изменена в зависимости от условий эксплуатации.

Ферритная нержавеющая сталь

Ферритные стали обычно содержат только хром в качестве легирующего элемента. Содержание хрома колеблется от 10,5 до 18%. Они обладают средней коррозионной стойкостью и плохими технологическими характеристиками.Методы термообработки тоже не помогают упрочнять металл.

Обычно они обладают лучшими инженерными качествами, чем аустенитные марки. В отличие от аустенитных марок они магнитные. Они также обладают хорошей устойчивостью к коррозии под напряжением, что снижает износ коррозионных материалов.

Дуплексная нержавеющая сталь

Duplex представляет собой смесь аустенитной и ферритной нержавеющей стали. Таким образом, он обладает свойствами обеих составляющих. Он имеет высокое содержание хрома и низкое содержание никеля.Благодаря высокой прочности на разрыв и хорошей свариваемости дуплексные нержавеющие стали обладают уникальными преимуществами.

Обладает хорошей устойчивостью к коррозии под напряжением, но не такой высокой, как ферритные марки. Он жестче, чем ферритные марки, но ниже, чем у аустенитных марок.

Мартенситная нержавеющая сталь

Этот тип нержавеющей стали состоит из высокоуглеродистой стали с низким содержанием хрома. Как и ферритные марки, он магнитный. Он действительно показывает плохую свариваемость по сравнению с другими марками, но имеет более высокую закаливаемость и может подвергаться термообработке для улучшения свойств.

Мартенситная нержавеющая сталь

будет иметь более низкую коррозионную стойкость по сравнению с аустенитными и ферритными марками с таким же содержанием хрома и сплава.

Нержавеющая сталь с дисперсионным твердением

Эта подгруппа обеспечивает сочетание аустенитных и мартенситных свойств. Упрочнение достигается добавлением одного или нескольких элементов, таких как алюминий, молибден, ниобий, титан и медь.

Он способен развивать высокую прочность на разрыв за счет термической обработки.Он содержит хром и никель в качестве легирующих элементов. Эти марки используются в высокоскоростных приложениях, таких как лопатки турбин.

Марки нержавеющей стали

Сегодня на рынке представлены сотни марок нержавеющей стали. Выбор подходящего для вашего приложения важен, поскольку их свойства могут сильно отличаться друг от друга.

Система обозначения нержавеющей стали AISI (Американский институт железа и стали) до сих пор используется в промышленности. В системе нумерации используются трехзначные числа, начинающиеся с 2, 3 или 4.

200 серии

Эта серия используется для аустенитных марок, содержащих марганец. Эти хромомарганцевые стали имеют низкое содержание никеля (менее 5 процентов).

Серия

200 найти применение в:

• Стиральные машины
• Столовые приборы
• Оборудование для еды и напитков
• Автомобильная промышленность
• Внутреннее оборудование и др.

300 серии

Эта серия используется для обозначения аустенитных нержавеющих сталей с углеродом, никелем и молибденом в качестве легирующих элементов.Добавление молибдена улучшает коррозионную стойкость в кислой среде, а никель улучшает пластичность.

AISI 304 и 316 — самые распространенные марки в этой серии. AISI 304 также широко известна как сталь 18/8, поскольку она содержит 18% хрома и 8% никеля.

Горячие продукты в контейнерах из нержавеющей стали

Приложения из нержавеющей стали серии 300 включают:

• Пищевая промышленность
• Автомобильная промышленность
• Конструкции для критических условий
• Медицинские инструменты
• Ювелирные изделия и др.

400 серии

Ферритные и мартенситные сплавы составляют эту серию нержавеющей стали. Эти марки доступны для термической обработки. Обеспечивает хорошее сочетание прочности и высокой износостойкости. Однако коррозионная стойкость ниже, чем у серии 300.

Приложения для серии 400 включают:

• Сельхозтехника
• Валы двигателя
• Детали газовых турбин и др.

Марки SAE

В системе нумерации SAE для обозначения нержавеющей стали используется 1-буквенный + 5-значный числовой код UNS.Обычная марка AISI 304 имеет обозначение SAE S30400. Хотя у большинства марок есть обозначения, недавно разработанные эксклюзивные марки могут быть названы их владельцами и не иметь кода SAE.

Механические свойства нержавеющей стали

Если вы не уверены, что означают указанные ниже свойства, вы можете проверить наш обзор свойств материала, чтобы увидеть более подробное описание каждого из них.

Источник: Matweb

Предел текучести

В зависимости от марки нержавеющая сталь может демонстрировать высокую прочность и низкое удлинение или низкую прочность и высокое удлинение.По пределу текучести они очень хорошо сравниваются с углеродистыми сталями.

Прочность при высоких температурах

Нержавеющая сталь сравнительно лучше других углеродистых сталей работает при более высоких температурах. Он показывает лучшую огнестойкость благодаря высокому коэффициенту сохранения прочности при повышенных температурах (выше 500 ° C). Он также имеет лучший коэффициент сохранения жесткости, чем углеродистая сталь при температуре выше 300 ° C.

Прочность на разрыв

Что касается прочности на разрыв, нержавеющая сталь превосходит такие материалы, как алюминий, латунь и низкоуглеродистая сталь.

Наибольшая прочность на разрыв наблюдается у дисперсионно-твердеющих и мартенситных марок. Эти марки могут иметь предел прочности на разрыв, который в два раза больше, чем у широко распространенных марок 304 и 316. В частности, дуплексная сталь имеет высокое соотношение прочности и пластичности.

Криогенная стойкость

Некоторые марки нержавеющей стали отлично подходят для работы в более широком диапазоне температур. Аустенитные стали демонстрируют исключительную вязкость и повышенную прочность на разрыв при отрицательных температурах.Это расширяет сферу их использования, значительно открывая новые возможности для современных приложений.

С другой стороны, ферритные, мартенситные и дисперсионно-твердые марки

не так хороши при криогенных температурах, поскольку их ударная вязкость падает при понижении температуры.

Пластичность

Пластичность различных марок нержавеющей стали может значительно отличаться. Некоторые марки обладают высокой пластичностью, что позволяет использовать сложные процессы глубокой вытяжки.

Более высокая степень деформационного упрочнения

Это свойство относится к способности металла увеличивать свою прочность за счет процессов холодной обработки.Нержавеющая сталь может быть подвергнута отжигу и холодной обработке, чтобы довести ее прочность до желаемого уровня.

Это означает, что один и тот же сплав можно использовать в нескольких приложениях, варьируя его прочность. Например, та же марка может использоваться в качестве пружины или гибкой проволоки путем отжига и холодной обработки.

Электропроводность и магнетизм

Источник: Matweb

Как и все металлы, нержавеющая сталь проводит электричество. Однако, как и у всех сталей, эта проводимость чрезвычайно мала.

В отраслях, где стандарты гигиены высоки или электроприборы могут подвергаться воздействию коррозионных или влажных сред, для защиты используются корпуса из нержавеющей стали.

Аустенитная нержавеющая сталь немагнитна, однако холодная обработка может использоваться для создания магнитных свойств у некоторых марок. Все остальные типы обладают магнитными свойствами.

Химические свойства нержавеющей стали

Химические свойства делают этот материал особенным и придают ему уникальность.

Высокая стойкость к окислению

Это отличительное свойство нержавеющей стали позволяет использовать ее в различных отраслях промышленности. Высокая стойкость к окислению является результатом наличия хрома в нержавеющей стали. В некоторых сортах процентное содержание хрома может доходить до 26%.

Другие металлы можно защищать покрытиями и антикоррозийными красками, но как только они стираются, начинается коррозия. В случае нержавеющей стали любое удаление естественного покрытия оксида хрома из-за повреждения поверхности сопровождается образованием нового покрытия на открытой поверхности, которое предотвращает коррозию.

Биологически инертный

Нержавеющая сталь биологически инертна, что делает ее логичным выбором для медицинского оборудования, такого как хирургические инструменты, травматические винты и пластины. Это свойство также делает его идеальным металлом для изготовления столовых приборов и кухонной техники.

Устойчивость к кислотам, щелочам и органическим материалам

Нержавеющая сталь устойчива к воздействию широкого спектра соединений. Он устойчив к кислотам, щелочам, а также к органическим соединениям. Устойчивость к кислотам различается для разных марок.Некоторые сорта могут противостоять высококонцентрированным кислотам, в то время как другие могут быть устойчивы только к низким концентрациям.

Аналогичная инертность наблюдается с основными соединениями и органическими соединениями. Это делает нержавеющую сталь очень подходящим материалом для использования в химической промышленности при хранении, транспортировке и других процессах.

Нержавеющая сталь также легко противостоит влаге, соли, сере, двуокиси углерода и хлоридам. Это помогает ему выжить в нескольких суровых условиях в течение более длительного периода, чем большинство других металлов.

Другая недвижимость

Важные свойства не ограничиваются только механическими и химическими свойствами. В приведенном ниже списке есть и другие, которые пригодятся для различных приложений.

Возможность вторичного использования

Как упоминалось ранее, переработка нержавеющей стали для изготовления новых продуктов возможна. Это снижает нагрузку на окружающую среду для наших сталелитейных нужд за счет меньшего количества сырья, а также уменьшения образования отходов.

Его не поддающийся биологическому разложению характер также предотвращает загрязнение ресурсов, поскольку он не разрушается и не просачивается в почву или водоемы.

Легко работать с

Нержавеющая сталь хорошо поддается механической обработке и обработке, что позволяет дизайнеру создавать изделия сложной формы. Лазерная резка нержавеющей стали, услуги обработки с ЧПУ, гибка и т. Д. Доступны без специального оборудования.

Возможность очистки

Изделия из нержавеющей стали легко чистить нетоксичными бытовыми продуктами, такими как моющие средства, мыло или чистящие жидкости. Это сохраняет их внешний вид на долгое время, увеличивая срок службы.

Это в конечном итоге снижает потери и делает первоначальную относительно дорогую покупку окупаемой в долгосрочной перспективе.

Эстетическая привлекательность

Изделия из нержавеющей стали имеют высокий блеск, что делает их идеальным выбором для открытых поверхностей. Доступен широкий выбор вариантов отделки — от яркого до матового. Он может быть нанесен щеткой, выгравирован, тиснен и тонирован для создания эффекта.

Легирующие элементы

Что касается нержавеющей стали, на выбор предлагается большое количество марок.В зависимости от добавляемого легирующего элемента свойства могут значительно различаться. Все сводится к требованиям, предъявляемым к приложению, чтобы выбрать наиболее подходящий экономичный вариант.

Давайте посмотрим, какие легирующие элементы можно добавлять и как они влияют на конечный продукт.

Источник: Matweb

Хром

Хром — определяющий легирующий элемент в нержавеющей стали. Это придает стали свойство быть «нержавеющим». Пассивный слой оксида хрома наряду с защитой поверхности также блокирует диффузию кислорода в металл, защищая внутреннюю структуру металла от коррозии.

Ионы оксида хрома также похожи по размеру на молекулы стали, что приводит к прочной связи между ними. Это позволяет ионам оксида оставаться прочно прикрепленными к поверхности при нормальных рабочих условиях.

Для того, чтобы сталь была «нержавеющей», необходимо минимум 10,5%. Однако добавление еще большего количества хрома является обычным явлением для повышения коррозионной стойкости.

Хром также действует как стабилизатор феррита, вызывая образование ферритной микроструктуры в сплаве.

Никель

Никель добавлен для дальнейшего повышения коррозионной стойкости. Он также является стабилизатором аустенита, вызывая образование аустенита.

Добавление 8-9% никеля позволяет получить полностью аустенитную структуру, которая обеспечивает отличные сварочные свойства. Дальнейшее увеличение процентного содержания никеля приводит к улучшению обрабатываемости и коррозионной стойкости.

Медь

Медь также действует как стабилизатор аустенита и улучшает свойства коррозионной стойкости и наклепа.

Добавляя его, мы производим изделия из нержавеющей стали, которые подходят для работы в холодных условиях с винтами и гвоздями.

Кремний

Добавление кремния улучшает стойкость нержавеющей стали к высококонцентрированной азотной и серной кислотам. Это также способствует образованию феррита и делает металл стойким к окислению.

Азот

Азот — стабилизатор аустенита, улучшающий прочность и стойкость к локальной коррозии.Локальная коррозия относится к таким явлениям, как точечная коррозия, щелевая коррозия и межкристаллитная коррозия.

Молибден

Молибден и вольфрам улучшают общую и локальную коррозионную стойкость. Первый является стабилизатором феррита и, следовательно, при использовании в аустенитных сплавах должен быть уравновешен стабилизаторами аустенита для поддержания аустенитного состава.

Молибден также увеличивает жаропрочность при добавлении в мартенситную нержавеющую сталь.Добавление вольфрама к молибдену также улучшает упомянутые выше свойства.

Марганец

Марганец улучшает свойства прочности, ударной вязкости и закаливаемости нержавеющей стали. Добавление марганца помогает металлу лучше работать при горячей обработке.

Марганец также способствует растворению азота в нержавеющей стали и поэтому может быть добавлен для замены никеля в нержавеющей стали азотом.

Заключение

Нержавеющая сталь обладает коррозионной и жаростойкостью, помимо обычных свойств стали.Он обладает всеми преимуществами стали, а также некоторыми собственными. Он не подвержен коррозии, лучше переносит суровые условия окружающей среды и имеет более длительный срок службы.

Но это не совсем так, что он защищен от пятен. Во-первых, от марки зависит устойчивость к коррозии. Однако аномальные окружающие условия, такие как недостаток кислорода, плохая циркуляция и высокая соленость, могут необратимо испачкать его.

Несмотря на вышеупомянутые риски, нержавеющая сталь является прекрасным материалом и оказывает очень положительное влияние на отрасль в целом.Из-за большого количества марок с разными свойствами всегда есть марка, которая идеально подходит для применения. Важно правильно выбрать сорт, чтобы обеспечить рентабельное вложение.

Как сжигать стальную шерсть с 9-вольтовой батареей

Вот забавный научный эксперимент, у которого много ВАУ-фактора! Все мы знаем, что дерево будет гореть в огне, но знали ли вы, что металлы могут гореть? Что ж, они могут, если вы их достаточно нагреете! На самом деле фейерверки делают из горящих металлов.

В этом научном эксперименте мы заставим стальную вату гореть, и когда она будет гореть, она будет сверкать, как небольшой фейерверк.Мой старший сын проделал этот эксперимент на уроке химии на дому, и мы повторили его дома для детей младшего возраста, так как на него было так здорово смотреть. (Я был в его классе на демонстрации оригинала — так здорово!)

Безопасность прежде всего! Имейте в виду, что этот эксперимент не для маленьких детей. Как я уже сказал, это была лаборатория средней школы. Для этого эксперимента вы либо захотите, чтобы все это выполнял взрослый, либо подростки проводили эксперимент под постоянным присмотром взрослых.Обязательно используйте защитные очки. Мы обсудим это подробнее ниже, но вы хотите, чтобы весь эксперимент содержался в металлической форме для запекания (мы использовали одноразовую).

Что такое горение?

Прежде чем начать этот поистине потрясающий научный эксперимент, вам понадобится небольшая справочная информация.

Когда что-то горит, происходит химическая реакция. Это называется реакцией горения . Проще говоря, горение происходит, когда химическое вещество реагирует с кислородом с образованием одного или нескольких продуктов, а также тепла и света.Мы привыкли видеть, как дерево реагирует с кислородом с образованием тепла, света и сажи в походном костре. В этом эксперименте железо (стальная вата) будет реагировать с кислородом (из воздуха) с образованием оксида железа.

Хотите увидеть этот научный эксперимент в действии? Смотрите видео ниже!

Необходимые материалы:

• Одноразовая форма для выпечки или металлическая форма для выпечки
• Стальная вата — убедитесь, что это тонкий сорт! Сначала мы попробовали это с грубой стальной мочалкой, и это НЕ сработало.Я бы порекомендовал использовать стальную вату 00 или 000.
• Батарея 9 В
• Защитные очки
• Здравый смысл и здравый смысл 🙂

Во-первых, немного разложите волокна стальной ваты. Вам не нужно много — вы можете использовать меньше, чем показано на картинке, и все равно разжечь большой огонь!

Затем просто потрите аккумулятором волокна стальной ваты. Когда стальная вата соприкасается с обоими выводами батареи, они замыкают цепь и заставляют течь электричество.Это нагреет стальную вату, что заставит ее вступить в реакцию с кислородом воздуха или, другими словами, обжечься!

Огонь быстро распространится по металлической вате, создавая прохладный узор из блестящего света.

Это выглядит так круто, когда пламя проходит через нити стальной ваты. Это действительно похоже на миниатюрный фейерверк!

Мы провели этот эксперимент в помещении и на уроке химии Эйдана, и дома. Он действительно создает немного дыма, но мы не включали детекторы дыма или что-то в этом роде.И мы даже дважды провели эксперимент! Если вас беспокоит запах, вы, безусловно, можете провести эксперимент на улице. Однако не делайте этого на улице в ветреный день. Вы же не хотите, чтобы горящие частицы взорвались.

Для тушения огня вам не понадобится вода или что-нибудь еще, хотя можно иметь немного воды поблизости, если вам станет легче. Топливо будет израсходовано быстро, и огонь погаснет из-за нехватки топлива. (Это еще один важный научный момент для обсуждения — для горения любого огня требуется топливо и кислород.Уберите одну из них, и огня больше не будет!)

Если вам нравится потрясающих научных экспериментов , у нас есть еще кое-что, что вы захотите проверить! Учеба никогда не должна быть скучной.

Попробуйте приготовить горячий лед из пищевой соды и уксуса. Он мгновенно кристаллизуется и на ощупь горячий!

Постройте ракету из бутылки с газировкой, которая будет летать выше двухэтажного дома.

Создайте взрывную цепную реакцию с помощью ремесленных палок. Это действительно весело для дождливого дня!

Развлекайся наукой!

17.6 Коррозия — Химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определить коррозию
• Перечислите некоторые методы, используемые для предотвращения или замедления коррозии.

Коррозия обычно определяется как разложение металлов в результате электрохимического процесса. Образование ржавчины на железе, потускнение серебра и сине-зеленая патина на меди — все это примеры коррозии. Общие затраты на коррозию в Соединенных Штатах значительны и оцениваются более чем в полтриллиона долларов в год.

Статуя Свободы: меняя цвета

Статуя Свободы — достопримечательность, которую признает каждый американец. Статую Свободы легко узнать по ее высоте, положению и уникальному сине-зеленому цвету (рис. 1). Когда эта статуя впервые была доставлена ​​из Франции, она не имела зеленого цвета. Оно было коричневым, цвета его медной «кожи». Так как же Статуя Свободы изменила цвет? Изменение внешнего вида было прямым результатом коррозии. Медь, которая является основным компонентом статуи, медленно подвергалась окислению на воздухе.Окислительно-восстановительные реакции металлической меди в окружающей среде протекают в несколько стадий. Металлическая медь окисляется до оксида меди (I) (Cu ₂ O), который имеет красный цвет, а затем до оксида меди (II), который имеет черный цвет

.

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} \ longrightarrow {}} ll} 2 \ text {Cu} (s) \; + \; \ frac {1} {2} \ text {O} _2 (g) & \ text {Cu} _2 \ text {O} (s) & (\ text {red}) \\ [0.5em] \ text {Cu} _2 \ text {O} (s) \; + \ ; \ frac {1} {2} \ text {O} _2 (g) & 2 \ text {CuO} (s) & (\ text {black}) \ end {array} [/ latex]

Уголь, часто содержащий большое количество серы, активно сжигался в начале прошлого века.В результате триоксид серы, диоксид углерода и вода реагировали с CuO

.

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} = {}} ll} 2 \ text {CuO} (s) \; + \; \ text {CO} _2 (g) \; + \; \ текст {H} _2 \ text {O} (l) & \ text {Cu} _2 \ text {CO} _3 (\ text {OH}) _ 2 (s) & (\ text {зеленый}) \\ [0.5em ] 3 \ text {CuO} (s) \; + \; 2 \ text {CO} _2 (g) \; + \; \ text {H} _2 \ text {O} (l) & \ text {Cu} _2 (\ text {CO} _3) _2 (\ text {OH}) _ 2 (s) & (\ text {blue}) \\ [0.5em] 4 \ text {CuO} (s) \; + \; \ текст {SO} _3 (g) \; + \; 3 \ text {H} _2 \ text {O} (l) & \ text {Cu} _4 \ text {SO} _4 (\ text {OH}) _ 6 ( s) & (\ text {зеленый}) \ end {array} [/ latex]

Эти три соединения ответственны за характерную сине-зеленую патину, наблюдаемую сегодня.К счастью, патина создала защитный слой на поверхности, предотвращающий дальнейшую коррозию медной пленки. Формирование защитного слоя — это форма пассивации, которая обсуждается далее в следующей главе.

Рис. 1. (a) Статуя Свободы покрыта медной кожей и изначально была коричневой, как показано на этой картине. (б) Воздействие элементов привело к образованию сине-зеленой патины, наблюдаемой сегодня.

Пожалуй, самый известный пример коррозии — образование ржавчины на железе.{+} (водн.) [/ латекс]

Количество молекул воды варьируется, поэтому оно представлено как x . В отличие от патины на меди, образование ржавчины не создает защитного слоя, поэтому коррозия железа продолжается, поскольку ржавчина отслаивается и подвергает свежее железо воздействию атмосферы.

Рис. 2. Когда краска поцарапана на окрашенной железной поверхности, возникает коррозия и начинает образовываться ржавчина. Скорость самопроизвольной реакции увеличивается в присутствии электролитов, таких как хлорид натрия, используемый на дорогах для таяния льда и снега или в соленой воде.

Один из способов уберечь железо от коррозии — это держать его в краске. Слой краски предотвращает попадание воды и кислорода, необходимых для образования ржавчины, на утюг. Пока краска остается неповрежденной, утюг защищен от коррозии.

Другие стратегии включают сплавление железа с другими металлами. Например, нержавеющая сталь — это в основном железо с небольшим содержанием хрома. Хром имеет тенденцию собираться у поверхности, где он образует оксидный слой, защищающий железо.

Оцинкованное железо

или оцинкованное железо использует другую стратегию. Цинк окисляется легче, чем железо, потому что цинк имеет более низкий восстановительный потенциал. Поскольку цинк имеет более низкий восстановительный потенциал, это более активный металл. Таким образом, даже если цинковое покрытие поцарапано, цинк все равно будет окисляться раньше железа. Это говорит о том, что этот подход должен работать с другими активными металлами.

Еще один важный способ защиты металла — это сделать его катодом в гальваническом элементе.Это катодная защита , которая может использоваться не только для железа, но и для других металлов. Например, ржавление подземных резервуаров для хранения железа и труб можно предотвратить или значительно уменьшить, подключив их к более активному металлу, такому как цинк или магний (рис. 3). Это также используется для защиты металлических частей водонагревателей. Более активные металлы (более низкий потенциал восстановления) называются расходуемыми анодами , потому что по мере их использования они корродируют (окисляются) на аноде.Защищаемый металл служит катодом и поэтому не окисляется (не корродирует). Когда аноды подвергаются надлежащему контролю и периодически заменяются, полезный срок службы резервуара для хранения железа может быть значительно увеличен.

Рис. 3. Одним из способов защиты подземного резервуара для хранения железа является катодная защита. Использование в качестве анода активного металла, такого как цинк или магний, эффективно превращает резервуар для хранения в катод, предотвращая его коррозию (окисление).

Коррозия — это разрушение металла, вызванное электрохимическим процессом.Ежегодно тратятся большие суммы денег на устранение или предотвращение коррозии. Некоторые металлы, такие как алюминий и медь, образуют защитный слой при коррозии на воздухе. Тонкий слой, который образуется на поверхности металла, предотвращает контакт кислорода с большим количеством атомов металла и, таким образом, «защищает» оставшийся металл от дальнейшей коррозии. Железо разъедает (образует ржавчину) под воздействием воды и кислорода. Ржавчина, образующаяся на металлическом железе, отслаивается, обнажая свежий металл, который также подвергается коррозии.Один из способов предотвратить или замедлить коррозию — нанести на металл покрытие. Покрытие предотвращает контакт воды и кислорода с металлом. Краска или другие покрытия замедляют коррозию, но они неэффективны после царапин. Оцинкованное или оцинкованное железо использует тот факт, что цинк более склонен к окислению, чем железо. Пока покрытие остается, даже если оно поцарапано, цинк будет окисляться раньше железа. Еще один метод защиты металлов — катодная защита. В этом методе легко окисляемый и недорогой металл, часто цинк или магний (расходуемый анод), электрически соединяется с металлом, который необходимо защищать.Более активный металл — это расходуемый анод, который является анодом в гальванической ячейке. «Защищенный» металл — это катод, и он остается неокисленным. Одним из преимуществ катодной защиты является то, что расходуемый анод можно контролировать и при необходимости заменять.

Химия: упражнения в конце главы

1. Какой элемент каждой пары металлов более подвержен коррозии (окислению)?

   (а) Mg или Ca

   (б) Au или Hg

   (c) Fe или Zn

   (d) Ag или Pt

2. Рассмотрим следующие металлы: Ag, Au, Mg, Ni и Zn.{\ circ} = -0,477 \; \ text {V}) [/ latex], и все же, когда оба подвергаются воздействию окружающей среды, необработанный алюминий имеет очень хорошую коррозионную стойкость, в то время как коррозионная стойкость необработанного железа оставляет желать лучшего. Объясните это наблюдение.
3. Если образец железа и образец цинка соприкасаются, цинк разъедает, а железо — нет. Если образец железа соприкасается с образцом меди, железо разъедает, а медь — нет. Объясните этот феномен.
4. Предположим, у вас есть три разных металла: A, B и C.{\ circ} = -3.04 \; \ text {V} [/ latex], который, кажется, может защитить все другие металлы, перечисленные в стандартной таблице восстановительного потенциала?

Глоссарий

катодная защита

Метод защиты металла с помощью расходуемого анода и эффективного получения металла, который нуждается в защите катода, предотвращая его окисление

коррозия

Разложение металла в результате электрохимического процесса

оцинкованное железо

метод защиты железа путем покрытия его цинком, который окисляется раньше железа; оцинкованное железо

расходуемый анод

более активный и недорогой металл, используемый в качестве анода в катодной защите; часто из магния или цинка

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

2.Mg и Zn

4. Оба примера включают катодную защиту. (Жертвенный) анод — это металл, который коррозирует (окисляется или вступает в реакцию). В случае железа (-0,447 В) и цинка (-0,7618 В) цинк имеет более отрицательный стандартный восстановительный потенциал и поэтому служит анодом. В случае железа и меди (0,34 В) железо имеет меньший стандартный восстановительный потенциал и поэтому подвергается коррозии (служит анодом).

6. Хотя восстановительный потенциал лития делает его способным защищать другие металлы, этот высокий потенциал также указывает на то, насколько литий реакционноспособен; он будет иметь спонтанную реакцию с большинством веществ.Это означает, что литий будет быстро реагировать с другими веществами, даже с теми, которые не окисляют металл, который он пытается защитить. Такая реактивность означает, что расходуемый анод будет быстро истощаться и его нужно будет часто заменять. (Необязательная дополнительная причина: опасность возгорания в присутствии воды.)

экспериментов в химической лаборатории | LCCC

Направления: нажмите ссылку «Название эксперимента» на лабораторию, которую вы хотите просмотреть. На веб-странице представлено описание эксперимента в соответствии с государственными и национальными научными стандартами.После того, как вы отправите запрос с SIM-карты на аренду оборудования или получите услуги Mobile Educator, вам будут отправлены по электронной почте версии эксперимента для учащихся и преподавателей в формате Word. Вы можете отредактировать лабораторную работу в соответствии с вашими конкретными потребностями и сделать копии для использования в ваших классах.

Химия с вернье

Инструкции: нажмите ссылку «Название эксперимента» на лабораторию, которую вы хотите просмотреть. На веб-странице представлено описание эксперимента в соответствии с государственными и национальными научными стандартами.После того, как вы отправите запрос с SIM-карты на аренду оборудования или получите услуги Mobile Educator, вам будут отправлены по электронной почте версии эксперимента для учащихся и преподавателей в формате Word. Вы можете отредактировать лабораторную работу в соответствии с вашими конкретными потребностями и сделать копии для использования в ваших классах.

Vernier Investigating Chemistry через дознание

Направления: нажмите ссылку «Название эксперимента» на лабораторию, которую вы хотите просмотреть. На веб-странице представлено описание эксперимента в соответствии с государственными и национальными научными стандартами.После того, как вы отправите запрос с SIM-карты на аренду оборудования или получите услуги Mobile Educator, вам будут отправлены по электронной почте версии эксперимента для учащихся и преподавателей в формате Word. Вы можете отредактировать лабораторную работу в соответствии с вашими конкретными потребностями и сделать копии для использования в ваших классах.

Продвинутая химия с ручными экспериментами в лаборатории Vernier Lab

Направления: нажмите ссылку «Название эксперимента» на лабораторию, которую вы хотите просмотреть. На веб-странице представлено описание эксперимента в соответствии с государственными и национальными научными стандартами.После того, как вы отправите запрос с SIM-карты на аренду оборудования или получите услуги Mobile Educator, вам будут отправлены по электронной почте версии эксперимента для учащихся и преподавателей в формате Word. Вы можете отредактировать лабораторную работу в соответствии с вашими конкретными потребностями и сделать копии для использования в ваших классах.

Vernier Chemistry Investigations для использования с AP Chemistry

Направления: нажмите ссылку «Название эксперимента» на лабораторию, которую вы хотите просмотреть. На веб-странице представлено описание эксперимента в соответствии с государственными и национальными научными стандартами.После того, как вы отправите запрос с SIM-карты на аренду оборудования или получите услуги Mobile Educator, вам будут отправлены по электронной почте версии эксперимента для учащихся и преподавателей в формате Word. Вы можете отредактировать лабораторную работу в соответствии с вашими конкретными потребностями и сделать копии для использования в ваших классах.

Ядерная химия с ручными экспериментами в лаборатории Вернье

Направления: нажмите ссылку «Название эксперимента» на лабораторию, которую вы хотите просмотреть. На веб-странице представлено описание эксперимента в соответствии с государственными и национальными научными стандартами.После того, как вы отправите запрос с SIM-карты на аренду оборудования или получите услуги Mobile Educator, вам будут отправлены по электронной почте версии эксперимента для учащихся и преподавателей в формате Word. Вы можете отредактировать лабораторную работу в соответствии с вашими конкретными потребностями и сделать копии для использования в ваших классах.

Органическая химия с вернье

Гальваника — Химия LibreTexts

Гальваника — это процесс нанесения одного металла на другой путем гидролиза, чаще всего в декоративных целях или для предотвращения коррозии металла.Существуют также особые виды гальваники, такие как меднение, серебряное покрытие и хромирование. Гальваника позволяет производителям использовать недорогие металлы, такие как сталь или цинк, для большей части продукта, а затем наносить различные металлы снаружи, чтобы учесть внешний вид, защиту и другие свойства, необходимые для продукта. Поверхность может быть металлической или даже пластиковой.

Введение

Иногда отделка носит исключительно декоративный характер, например, продукты, которые мы используем в помещении или в сухой среде, где они вряд ли пострадают от коррозии.На эти типы продуктов обычно наносится тонкий слой золота или серебра, что делает их привлекательными для потребителя. Гальваника широко используется в таких отраслях, как автомобилестроение, самолеты, электроника, ювелирные изделия и игрушки. В общем процессе гальваники используется электролитическая ячейка, которая заключается в нанесении отрицательного заряда на металл и погружении его в раствор, содержащий соли металла (электролиты), содержащие положительно заряженные ионы металлов. Затем из-за отрицательного и положительного зарядов два металла притягиваются друг к другу.

Цели гальваники:

1. Внешний вид
2. Защита
3. Особые свойства поверхности
4. Технические или механические свойства

Фон

Катодом будет деталь, которую нужно покрыть, а анодом будет либо расходуемый анод, либо инертный анод, обычно либо платиновый, либо углеродный (форма графита). Иногда покрытие наносится на стеллажи или бочки для большей эффективности при нанесении покрытия на многие продукты.Пожалуйста, обратитесь к электролизу для получения дополнительной информации. На рисунке ниже ионы Ag ⁺ притягиваются к поверхности ложки, и в конечном итоге она покрывается металлическими покрытиями. В процессе используется серебро в качестве анода и винт в качестве катода. Электроны переносятся с анода на катод и проходят через раствор, содержащий серебро.

Рисунок 1 : Гальваника серебра на ложке.

История гальваники

Гальваника была впервые открыта Луиджи Бругнателли в 1805 году с помощью процесса электроосаждения для гальваники золота.Однако его открытие не было отмечено, поскольку он был проигнорирован Французской академией наук, а также Наполеоном Бонапартом. Но пару десятилетий спустя Джону Райту удалось использовать цианистый калий в качестве электролита для золота и серебра. Он обнаружил, что цианид калия на самом деле является эффективным электролитом. Позже в 1840 году двоюродные братья Элкингтоны использовали цианид калия в качестве электролита и сумели создать возможный метод гальваники для золота и серебра. Они получили патент на гальваническое покрытие, и этот метод получил широкое распространение по всему миру из Англии.Метод гальваники постепенно стал более эффективным и усовершенствованным за счет использования более экологичных формул и источников питания постоянного тока.

Выбор электролитов

Существует множество различных металлов, которые можно использовать для нанесения покрытия, поэтому выбор правильного электролита важен для качества покрытия. Некоторые электролиты представляют собой кислоты, основания, соли металлов или расплавленные соли. При выборе типа электролита следует помнить о некоторых вещах: коррозии, стойкости, яркости или отражательной способности, твердости, механической прочности, пластичности и износостойкости.

Подготовка поверхности

Целью подготовки поверхности перед началом наклеивания на нее другого металла является обеспечение ее чистоты и отсутствия загрязнений, которые могут помешать склеиванию. Загрязнение часто предотвращает отложение и отсутствие адгезии. Обычно это делается в три этапа: очистка, обработка и ополаскивание. Очистка обычно заключается в использовании определенных растворителей, таких как щелочные очистители, вода или кислотные очистители, чтобы удалить слои масла с поверхности.Обработка включает модификацию поверхности, которая заключается в упрочнении деталей и нанесении металлических слоев. Ополаскивание приводит к окончательному результату и является последним штрихом к нанесению гальванических покрытий. Двумя определенными методами подготовки поверхности являются физическая очистка и химическая очистка. Химическая очистка заключается в использовании растворителей, которые являются поверхностно-активными химическими веществами или химическими веществами, которые вступают в реакцию с металлом / поверхностью. При физической очистке применяется механическая энергия для удаления загрязнений. Физическая очистка включает абразивную чистку щеткой и ультразвуковое перемешивание.

Виды гальваники

Существуют различные процессы, с помощью которых люди могут наносить гальванические покрытия на металлы, такие как нанесение металлического покрытия массой (также гальваническое покрытие цилиндра), гальваническое покрытие на стойке, непрерывное покрытие и нанесение покрытия на линии. Каждый процесс имеет свой собственный набор процедур, позволяющих получить идеальное покрытие.

Металлы для покрытия

Большинство гальванических покрытий можно разделить на следующие категории:

Список литературы

1. Канани, Н. Гальваника: основные принципы, процессы и практика; Elsevier Advanced Technology: Oxford, UK, 2004.

.

2. Lowenheim, Фредерик Адольф. Современное гальваническое покрытие . 3-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: J. Wiley and Sons, 1974.
3. Блюм, Уильям и Джордж Б. Хогабум. Принципы гальваники и гальваники (гальванопластики) . 3-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Company Inc., 1949.Распечатать.
4. Петруччи, Ральф Х., Харвуд, Уильям С., Херринг, Ф. Г. и Мадура Джеффри Д. Общая химия: принципы и современные приложения. 9 изд. Верхняя река Сэдл: Pearson Education, Inc., 2007.

Проблемы

1. Каковы цели гальваники?
2. Как работает гальваника?
3. Почему так важно подготовить поверхность перед нанесением гальванических покрытий?
4. Какие бывают виды гальваники?
5. Какие разные металлы можно использовать? (название 5)

Ответы

1. Обычно гальваника используется в декоративных или функциональных целях, а также для предотвращения коррозии металла.
2. Гальваника работает через электролитическую ячейку с катодом и анодом. Катод — это металл, на который нужно нанести покрытие.
3. Важно подготовить поверхность перед началом процедуры, потому что иногда на поверхности есть загрязнения, которые могут привести к плохим результатам гальваники.
4. К различным типам гальванического покрытия относятся: массовое покрытие (также нанесение покрытия на цилиндр), покрытие на рейке, непрерывное покрытие и нанесение покрытия в линию.
   
   Обучение технологии жидкий камень: Обучение технологии литьевой (жидкий) камень

   Как сделать из 1 комнаты сделать 2 комнаты: 12 способов и 25 оригинальных примеров