Malmi tüübid, klassifikatsioon, koostis, omadused, märgistus ja kasutusala

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Tänapäeval pole peaaegu ühtegi inimelu valdkonda, kus malmi ei kasutataks. See materjal on inimkonnale tuntud juba üsna pikka aega ja on end praktilisest küljest suurepäraselt tõestanud. Malm on paljude osade, sõlmede ja mehhanismide ning mõnel juhul isegi isemajandav toode, mis suudab täita talle määratud funktsioone, aluseks. Seetõttu pöörame selles artiklis sellele rauda sisaldavale ühendile suurt tähelepanu. Samuti saame teada, millised on malmi liigid, nende füüsikalised ja keemilised omadused.

Definitsioon

Malm on tõeliselt ainulaadne raua ja süsiniku sulam, milles Fe on üle 90% ja C mitte üle 6,67%, kuid mitte vähem kui 2,14%. Samuti võib malmist süsinikku leida tsementiidi või grafiidi kujul.

Süsinik annab sulamile piisav alt kõrge kõvaduse, kuid samal ajal vähendab see vormitavust ja elastsust. Seetõttu on malm habras materjal. Samuti lisatakse teatud tüüpi malmile spetsiaalseid lisandeid, mis võivad anda ühendile teatud omadused. Legeerivate elementide roll võib olla: nikkel, kroom, vanaadium, alumiinium. Malmi tihedusindeks on 7200 kilogrammi kuupmeetri kohta. Millest võib järeldada, etmalmi kaal on näitaja, mida ei saa väikeseks nimetada.

Ajalooline taust

Raua sulatamine on inimestele juba ammu teada olnud. Sulami esmamainimine pärineb kuuendast sajandist eKr.

Iidsetel aegadel tootis Hiina üsna madala sulamistemperatuuriga malmi. Euroopas hakati malmi tootma umbes 14. sajandil, mil hakati kasutama kõrgahjusid. Sel ajal kasutati sellist rauavalu relvade, mürskude, ehitusdetailide tootmiseks.

Venemaal algas malmi tootmine aktiivselt 16. sajandil ja laienes seejärel kiiresti. Peeter I ajal suutis Vene impeerium rauatootmise osas mööda minna kõigist maailma riikidest, kuid sada aastat hiljem hakkas see musta metallurgia turul taas oma positsiooni kaotama.

Malmi on kasutatud mitmesuguste kunstiteoste loomiseks alates keskajast. Eelkõige valasid Hiina meistrid 10. sajandil tõeliselt ainulaadse lõvifiguuri, mille kaal ületas 100 tonni. Alates 15. sajandist Saksamaal ja pärast seda muudes riikides levis malmivalu laialdaselt. Sellest valmistati piirdeaedu, võreid, pargiskulptuure, aiamööblit, hauaplaate.

18. sajandi viimastel aastatel oli rauavalu Venemaa arhitektuuris kõige enam seotud. Ja 19. sajandit nimetati üldiselt "malmiajastuks", kuna sulamit kasutati arhitektuuris väga aktiivselt.

Funktsioonid

Seal on erinevaid tüüpemalm, aga selle metalliühendi keskmine sulamistemperatuur on umbes 1200 kraadi Celsiuse järgi. See näitaja on 250-300 kraadi väiksem, kui terase valmistamiseks vaja. See erinevus on seotud üsna kõrge süsinikusisaldusega, mis põhjustab selle vähem tihedaid sidemeid rauaaatomitega molekulaarsel tasemel.

Sulamise ja sellele järgneva kristalliseerumise ajal ei jõua malmis sisalduval süsinikul aega täielikult raua molekulaarvõresse tungida ja seetõttu osutub malm lõpuks üsna rabedaks. Sellega seoses ei kasutata seda pidevate dünaamiliste koormuste korral. Kuid samal ajal sobib see suurepäraselt nende osade jaoks, mille tugevusnõuded on suurenenud.

Tootmistehnoloogia

Absoluutselt igat tüüpi malmi toodetakse kõrgahjus. Tegelikult on sulatusprotsess ise üsna töömahukas tegevus, mis nõuab tõsiseid materiaalseid investeeringuid. Ühe tonni malmi valmistamiseks kulub umbes 550 kilogrammi koksi ja ligi tonni vett. Ahju laaditava maagi maht sõltub rauasisaldusest. Kõige sagedamini kasutatakse maaki, milles rauda on vähem alt 70%. Elemendi madalam kontsentratsioon on ebasoovitav, kuna selle kasutamine oleks ebaökonoomne.

Esimese etapi lavastus

Raua sulatamine on järgmine. Kõigepe alt valatakse ahju maak, aga ka koksisöe klassid, mille eesmärk on survestada ja hoida ahju šahtis vajalikku temperatuuri. Lisaks osalevad need põlemisprotsessis olevad tooted aktiivselt keemilistes reaktsioonidesrauda redutseerivate ainete roll.

Samal ajal laaditakse ahju räbusti, mis toimib katalüsaatorina. See aitab kividel kiiremini sulada, mis soodustab raua vabanemist.

Oluline on märkida, et maak läbib enne ahju laadimist spetsiaalse eeltöötluse. See purustatakse purustustehases (väikesed osakesed sulavad kiiremini). Seejärel pestakse metallivabade osakeste eemaldamiseks. Pärast seda toormaterjal põletatakse, tänu sellele eemaldatakse sellest väävel ja muud võõrelemendid.

Tootmise teine etapp

Maagaas juhitakse ahju laadituna ja töövalmis spetsiaalsete põletite kaudu. Koks soojendab toorainet. Sel juhul eraldub süsinik, mis ühineb hapnikuga ja moodustab oksiidi. See oksiid osaleb seejärel raua taastamisel maagist. Pange tähele, et gaasi koguse suurenemisega ahjus keemilise reaktsiooni kiirus väheneb ja teatud suhte saavutamisel peatub see täielikult.

Liigne süsinik tungib sulatisse ja ühineb rauaga, moodustades lõpuks malmi. Kõik need elemendid, mis pole sulanud, on pinnal ja lõpuks eemaldatakse. Neid jäätmeid nimetatakse räbuks. Seda saab kasutada ka muude materjalide tootmiseks. Sel viisil saadud malmi liike nimetatakse valukojaks ja malmiks.

Diferentseerimine

Kaasaegne malmi klassifikatsioon võimaldab need sulamid jagada järgmisteks tüüpideks:

• Valge.
• Pool.
• Hall helbegrafiidiga.
• Kõrgetugev nodulaarne grafiit.
• Kautu.

Vaatame igaühte eraldi.

Valge malm

See malm on see, milles peaaegu kogu süsinik on keemiliselt seotud. Masinaehituses seda sulamit väga sageli ei kasutata, kuna see on kõva, kuid väga rabe. Samuti ei saa seda töödelda erinevate lõikeriistadega ja seetõttu kasutatakse seda töötlemist mittevajavate detailide valamisel. Kuigi seda tüüpi malm võimaldab lihvida abrasiivsete ratastega. Valge malm võib olla nii tavaline kui ka legeeritud. Samal ajal tekitab selle keevitamine raskusi, kuna sellega kaasnevad erinevate pragude tekkimine jahutamisel või kuumutamisel ning ka keevituspunktis tekkiva struktuuri heterogeensuse tõttu.

Valged kulumiskindlad malmid saadakse vedela sulami esmasel kristallimisel kiirel jahutamisel. Neid kasutatakse kõige sagedamini kuivhõõrderakendustes (nt piduriklotsid) või suurema kulumis- ja kuumakindlusega osade tootmiseks (v altspingi rullid).

Muide, valge malm sai oma nime tänu sellele, et selle murru välimus on valguskristalliline, kiirgav pind. Selle malmi struktuur on ledeburiidi, perliidi ja sekundaarse tsementiidi kombinatsioon. Kui see malm on legeeritud, muundatakse perliittroostiit, austeniit või martensiit.

Poolmalm

Malmi klassifikatsioon oleks puudulik, kui seda erinevat metallisulamit ei mainita.

Seda malmi iseloomustab selle struktuuris karbiidieutektika ja grafiidi kombinatsioon. Üldiselt on täisväärtuslik struktuur järgmine: grafiit, perliit, ledeburiit. Kui malmi kuumtöödeldakse või legeeritakse, tekib austeniidi, martensiidi või nõeltroostiidi teke.

Seda tüüpi malm on üsna habras, seetõttu on selle kasutamine väga piiratud. Sulam ise sai oma nime, kuna selle purunemine on kristalse struktuuri tumedate ja heledate piirkondade kombinatsioon.

Kõige levinum insenerimaterjal

Hallmalm GOST 1412-85 sisaldab umbes 3,5% süsinikku, 1,9–2,5% räni, kuni 0,8% mangaani, kuni 0,3% fosforit ja vähem kui 0,12% väävlit.

Sellise malmi grafiidil on lamellkuju. See ei vaja erilisi muudatusi.

Grafiitplaatidel on tugev nõrgendav toime ja seetõttu iseloomustab hallmalmi väga väike löögitugevus ja peaaegu täielik pikenemise puudumine (alla 0,5%).

Hallmalm on hästi töödeldud. Sulami struktuur võib olla järgmine:

• Ferriitgrafiit.
• Ferriit-perliit-grafiit.
• Perliit-grafiit.

Hallmalm töötab palju paremini kokkusurumisel kui pingel. Tema kakeevitab üsna hästi, kuid see nõuab eelsoojendust ning täitematerjalina tuleks kasutada spetsiaalseid kõrge räni ja süsiniku sisaldusega malmvardaid. Ilma eelsoojenduseta on keevitamine keeruline, sest malm pleegib keevisõmbluse piirkonnas.

Halli malmi kasutatakse ilma põrutuskoormuseta töötavate osade tootmiseks (rihmarattad, katted, voodid).

Selle malmi tähistus toimub järgmise põhimõtte kohaselt: SCH 25-52. Kaks tähte näitavad, et see on hallmalm, number 25 näitab tõmbetugevust (MPa või kgf / mm 2), number 52 on tõmbetugevus hetkel painutamine.

Kõrgtugev malm

Sõlmmalm erineb põhimõtteliselt oma teistest "vendadest" selle poolest, et sisaldab noodulgrafiiti. See saadakse spetsiaalsete modifikaatorite (Mg, Ce) lisamisega vedelasulamisse. Grafiidi lisandite arv ja nende lineaarsed mõõtmed võivad olla erinevad.

Mis on sfäärilises grafiidis head? Asjaolu, et selline vorm nõrgestab minimaalselt metallalust, mis omakorda võib olla perliitne, ferriitne või perliitferriitne.

Kuumtöötluse või legeerimise kasutamise tõttu võib malmist alus olla nõel-troostiit, martensiit, austeniit.

Kõrgtugeva malmi klassid on erinevad, kuid üldiselt on selle tähistus järgmine: VCh 40-5. Lihtne on arvata, et HF on ülitugev malm, number 40 on indikaatortõmbetugevus (kgf/mm2), on arv 5 pikenemise suhtes, väljendatuna protsentides.

Kõrgtugev malm

Tugeva malmi struktuur on grafiidi olemasolu selles helbelise või sfäärilise kujul. Samal ajal võib helbeline grafiit olla erineva peenuse ja kompaktsusega, mis omakorda mõjutab otseselt malmi mehaanilisi omadusi.

Tööstuslikku kõrgtugevat malmi toodetakse sageli ferriitpõhjaga, mis tagab suurema plastilisuse.

Ferriit kõrgtugeva malmi purunemiskuju on must sametine. Mida suurem on perliidi kogus konstruktsioonis, seda kergemaks muutub murd.

Üldiselt saadakse kõrgtugevat malmi valgest malmist valanditest, mis on tingitud pikaajalisest tõmbumisest temperatuurini 800–950 Celsiuse järgi kuumutatud ahjudes.

Tänapäeval on kõrgtugeva malmi valmistamiseks kaks võimalust: Euroopa ja Ameerika.

Ameerika meetod on sulam 800–850 kraadise temperatuuriga liiva sisse virutada. Selles protsessis paikneb grafiit puhtaima raua terade vahel. Selle tulemusena muutub malm viskoosseks.

Euroopa meetodi kohaselt vajuvad valandid rauamaagis. Temperatuur on samal ajal umbes 850-950 kraadi Celsiuse järgi. Süsinik läheb üle rauamaagiks, mille tõttu valandite pinnakiht dekarburiseerub ja muutub pehmeks. Malm muutub tempermalmist, kuid südamik jääb rabedaks.

Tempermalmi märgistus: KCh 40-6, kus KCh on loomulikult tempermalm; 40 - tõmbetugevuse indeks;6 – pikenemine, %.

Muud näitajad

Mis puudutab malmi jaotamist tugevuse järgi, siis kasutatakse siin järgmist klassifikatsiooni:

• Tüüpiline tugevus: σv kuni 20 kg/mm2.
• Suurem tugevus: σv=20–38 kg/mm2.
• Kõrge tugevus: σv=40 kg/mm2 ja rohkem.

Vastav alt plastilisusele jagunevad malmid:

• Paindumatu – pikenemine alla 1%.
• Madal plastik – 1% kuni 5%.
• Plast – 5% kuni 10%.
• Suurem plastilisus – rohkem kui 10%.

Kokkuvõtteks tahaksin veel märkida, et iga malmi omadusi mõjutab üsna oluliselt isegi valamise kuju ja iseloom.