Промышленная классификация металлов.

Лекция 22

Металлургическое производство

Металлургия – наука о способах получения металлов из руд и другого сырья и отрасль промышленности, производящая металлы. Металлургическое производство возникло в глубокой древности. Еще на заре развития человеческого общества были известны, и нашли применение железо, медь, серебро, золото, ртуть, олово и свинец. Производство металлов в н.в. по масштабам соизмеримо с производством таких промышленных продуктов как цемент, целлюлоза, полимерные материалы. Значение металлов как важнейших материалов современной техники обусловлено рядом их специфических свойств:

– способностью к взаимному растворению и образованию многочисленных сплавов разнообразного состава;

– комплексом ценных механических, химических и физических свойств, в том числе тепловых, электрических и магнитных;

– возможностью фазовых превращений при изменении температуры и существование в нескольких полиморфных модификациях с различными структурой и свойствами;

– способностью деформироваться в холодном и горячем состоянии без нарушения сплошности материала.

Металлы составляют большую часть всех элементов в таблице Менделеева. В технике они классифицируются по иным признакам, чем в таблице Менделеева. До настоящего времени не разработана строго научно обоснованная классификация металлов. В практике получили применение исторически сложившиеся класификации, базирующиеся на таких признаках металлов, как их распространенность в природе, применимость, физических и частично химических свойствах.

Промышленная классификация металлов.

Рис. 1. В соответствии с промышленной классификацией металлы делятся на черные, к которым относятся железо и его сплавы; марганец и хром, производство которых связано с производством чугуна и стали и цветные. Термин «цветные металлы» достаточно условен, так как из всех металлов этой группы только золото и медь имеют ярко выраженную окраску. Из цветных металлов основные тяжелые металлы получили название из-за больших (тяжелых) масштабов производства и потребления. Малые тяжелые металлы являются природными спутниками основных тяжелых металлов, их получают попутно и в меньших количествах.

Металлы в твердом состоянии представляют собой кристаллические вещества, атомы которых расположены в строго определенном порядке и образуют так называемую пространственную решетку. Форма, величина и взаимное расположение кристаллов в твердом металле определяют его структуру. От структуры металлов в значительной степени зависят механическая прочность и другие технические свойства металла.

Металлы способны образовывать сплавы, имеющие большое значение в технике. Сплавами называются твердые вещества, получаемые сплавлением простых веществ – элементов и разнообразных соединений. Практический интерес представляют главным образом сплавы кристаллических веществ, поэтому понятие «сплавы» относится к кристаллическим веществам, особенно к металлам. В зависимости от числа входящих в сплав простых веществ различают сплавы двойные, тройные, четверные и т. д. Наиболее хорошо изучены двойные сплавы. Наибольшее значение имеют сплавы железа.

Железо может существовать в нескольких аллотропических формах: α-железо, γ- железо и δ-железо. α-железо обладает магнитными свойствами, устойчиво при температуре ниже 910°С. Оно растворяет углерод в незначительном количестве. Твердый раствор углерода в α-железе называется ферритом. При 910°С α-железо превращается в γ-железо. γ-железо способно растворять углерод в больших количествах, чем α-железо. Твердый раствор углерода в γ-железе называется аустенитом. При температуре 1401°С γ-железо превращается в δ-железо. Химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fе₃С называется цементитом. Химически чистое железо серебристо-белого цвета, плотностью 7890 кг/м³.

Оно обладает высокой теплопроводностью, электропроводностью, магнитной проницаемостью, высокой пластичностью, хорошо куется, штампуется, прокатывается и сваривается. На основе железа получают разнообразные сплавы, широко применяемые в технике. Большое значение получили сплавы железа, содержащие углерод. Сплавы с содержанием углерода до 2% называются сталями, с большим содержанием углерода – чугунами. Если в чугуне значительная часть углерода химически связана с железом в виде Fе₃С, то такой чугун называется белым. При медленном охлаждении расплавленного чугуна часть Fе₃С распадается с выделением свободного углерода. Такой чугун называется серым. Белый чугун обладает большой твердостью, но хрупок и поэтому не обрабатывается на станках. Он идет в передел на сталь. Серый чугун более мягкий, менее хрупкий и хорошо обрабатывается на станках.