Из чего и как делают металл

Обновлено: 07.01.2025

Самые ранние типы форм изготавливались из формовочной смеси или «глины». Исторически металлургические центры возникали вблизи мест, где песок уже был готов для литья, например, рядом со всемирно известным Каслинским металлургическим заводом. Смесь делится на затвердевший песок и наполненный песок.

Применение

Применение чистого железа довольно ограничено. Он используется в производстве сердечников электромагнитов, в качестве катализатора химических процессов и для некоторых других целей. Однако черные сплавы, железо и сталь, являются основой современной технологии. Многие соединения железа также широко используются. Например, сульфат железа (III) используется для очистки воды, а оксид железа и цианид — в качестве красителей, например, в производстве красителей.

Железо и его сплавы, важнейшие строительные материалы в механическом и промышленном производстве. Почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности изготавливаются из железоуглеродистых сплавов. Автомобили, грузовики, станки, железные дороги, корпуса и силовые установки в основном изготавливаются из стали. Масштабы производства стали являются одной из основных характеристик общего технического и экономического уровня развития страны. Сталь составляет около 95% всей металлопродукции.

Железо может быть включено в сплавы на основе других металлов, например, никелевые сплавы. Магнитный оксид железа является важным материалом для производства устройств долговременной компьютерной памяти, таких как жесткие диски и дискеты. Железо также является компонентом большинства магнитных сплавов.

Железо широко используется в виде соли. Ferrous III chloride (хлорид железа) используется для вычерчивания печатных плат в радиолюбительских приложениях. Сульфат железа (железный купорос) и медный купорос смешиваются для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве. Железо используется в качестве анода в железо-никелевых и железо-воздушных батареях.

Сталь и чугун предлагают уникальное сочетание прочности, долговечности и доступности. Поэтому они не взаимозаменяемы с другими строительными материалами. Металлопрокат играет важную роль в строительстве, наряду с бетоном и кирпичом.

Капитальное строительство

Металл можно формировать в любые формы, от простейшего прута до сложнейшего кованого железа. Все варианты используются в строительной отрасли.

Помимо того, что сталь сама по себе долговечна, в этом секторе активно используется еще одна ее особенность, особенно после специальной обработки. Дело в том, что профилированные металлические изделия не отстают по прочности от цельных деталей того же размера и формы. Это значительно снижает прочность строительного материала, что в свою очередь снижает затраты и уменьшает вес. Это сочетание очень важно в строительстве.

Металлопрокат можно разделить на три основные группы

Фасонный – швеллеры, двутавры, угловой и обычный профиль, а также перфорированный. Сюда же относят и специальный профиль, применяемый, например, в шахтных выработках. Фасонный металлопрокат применяют при возведении всех типов каркасов для любого сооружения – от зданий до мостов и плотин. Его же используют при необходимости усилить конструкцию.
Сортовой – арматура, балки, трубы, круги и прочее. Эти элементы используются едва ли не чаще, чем фасонный и очень многообразны:
- арматура – стальные прутья разного диаметра, гладкие и с ребрами. Арматура предназначена для повышения прочности здания, причем показателем является не только стойкость к стационарной нагрузке, но и повышение прочности при нагрузке на растяжение и изгиб. Арматуру используют при возведении фундамента, перекрытий, железобетонных плит, усиления стен, а также при упрочнении кирпичной кладки и других конструктивных узлов – лестниц, например;
- трубы – причем используются и круглые, и профильные. Предпочтительнее трубы прямоугольного квадратного сечения, поскольку их сварка и крепление более проста, чем в случае круглых, а стойкость к нагрузкам такая же;
- балка – вариант цельнолитого изделия, когда требуется прочность при самых высоких нагрузках.
- Листовой прокат – листы горячего и холодного проката с покрытием и без. Это кровельные листы, профнастил, металлочерепица и так далее. Профнастил применяют не только для устройства кровли, но и при сооружении разнообразных ограждений, поскольку материал соединяет относительную легкость с высокой прочностью и стойкостью к перепадам температур.
Листы с покрытием чаще всего используются в конструкциях — например, оцинкованные или с защитным полимерным слоем. Этот вариант гораздо более долговечен, так как не подвержен коррозии.

Из-за высокой стоимости сплавов нержавеющие стали редко используются для изготовления листового металла.

Отделочные работы

В их основе часто лежат металлические изделия, такие как трубы, профили и листы.

Рутений. Внешне очень похож на платину, но более хрупок и тверд. В строительстве они используются в платиновых сплавах.

Презентация по окружающему миру «Из чего делают металлы»

Предложите, из каких металлов сделаны древние изделия

Притчи Верное слово сделает железо Богатый человек может сделать горы, трудолюбие разорвет железный канат Человек сильнее железа, тверже камня, мягче розы

Железная руда Железная руда обычно имеет коричневый или красноватый цвет. Он тяжелый и очень твердый. Наиболее важным свойством руды является ее пластичность. Железная руда добывается в шахтах или карьерах.

В угольном пласте вырыт глубокий и большой колодец. Это шахтный ствол. Из шахтного ствола вырывается шахта в виде коридора — горки. Водопропускные трубы и вал поддерживаются специальными опорами. В шахтах есть электрическое освещение, в шахтах обеспечен приток свежего воздуха. Всю тяжелую работу выполняют машины: они забивают куски угля, укладывают их на ленту, а затем на специальные тележки. Машинами управляют шахтеры-люди.

Из чего и как получают металлы руды черных металлов: красная железная руда: красный железняк бурый железняк магнитный железняк руды цветных металлов: медь пирит свинец цинк субоксид алюминия руды драгоценных металлов: серебро золото платина

красный железняк Стальной серый с красноватым оттенком Покрыт блестящей красноватой коркой Твердый Тяжелый Плотный Твердый Черный: темно-красный след

Коричневый железный темно-коричневый блестящий, тусклый Непрозрачный Твердый твердый Прозрачный: коричневый или желтый след

Магнитный железняк Темно-коричневый Самая твердая из всех железных руд Плотный Обладает свойством магнита Металлический блеск След: черный

Вопрос о принадлежности стали к черным или цветным металлам следует рассматривать на основе классификации углеродистых сплавов, которая предусмотрена во многих ГОСТах.

Металлы для заливки

Черные металлы

В металлургической промышленности различают черные и цветные металлы. К черным металлам относятся железо, марганец, хром и их сплавы. К ним относятся все стали, чугуны и ферросплавы. На долю черных металлов приходится более 90% мирового потребления металлических сплавов. Сталь используется для изготовления кузовов и деталей автомобилей, от мотороллеров до супертанкеров, строительных конструкций, бытовой техники, станков и другого промышленного оборудования.

Чугун — отличный металл для отливки крупных, прочных и долговечных конструкций, не подверженных нагрузкам на изгиб или кручение.

Цветные металлы в свою очередь делятся на две основные группы в соответствии с их физическими свойствами и, в частности, удельным весом

Легкие цветные металлы

К этой группе относятся алюминий, титан и магний. Эти металлы менее распространены, чем железо, и стоят дороже. Они используются в отраслях, где требуется меньший вес, таких как аэрокосмическая промышленность, высокотехнологичное оружие, IT и телекоммуникационное оборудование, смартфоны и мелкая бытовая техника.

Титан широко используется для суставного и зубного протезирования благодаря своему превосходному взаимодействию с тканями человека.

Тяжелые цветные металлы

К ним относятся медь, олово, свинец, цинк и никель. Они используются в химической, электротехнической, электронной и транспортной промышленности, где требуются очень прочные и стойкие к коррозии сплавы.

Никель-цинк-медь и их сплавы.

Благородные металлы

В эту группу входят золото, серебро, платина, редкий родий, родий, палладий, осмий и иридий.

Первые три известны человеку с доисторических времен. Они редки (по сравнению с медью и железом) и поэтому использовались в качестве материала для монет, драгоценных украшений и церемониальных предметов.

По мере развития культур золото и платина сохраняли свою роль как средство накопления богатства, но широко использовались в промышленности и медицине благодаря своим уникальным природным и химическим свойствам.

Методы литья металлов

Основные методы придания формы металлам следующие

Традиционный метод

Металл попадает в форму под действием силы тяжести. Используется песок и глина или металлическая матрица. Недостатками этого метода являются высокая интенсивность работы с формами и другими строительными заданиями, сложные условия труда и экологичность.

Литье под низким давлением

Форма с металлом и форма для литья находятся в герметичной камере. Металлический проводник, изготовленный из титанового сплава, опускается из формы в расплавленный металл. Теперь в камере создается избыточное давление воздуха или агрегатного газа. Металл поступает в матку под давлением, и скорость потока очень строго контролируется. Форма заполняется полностью и равномерно.

Метод позволяет получать высококачественные слепки, в том числе особенно красивые. Качество поверхности превосходит качество слепков, полученных традиционными методами. Литейные газы удаляются через трубопровод отходящих газов системы очистки и выбрасываются в атмосферу. Метод высоко автоматизирован, улучшает условия труда персонала и обладает высокой степенью экологичности. Кроме того, значительно снижается расход материалов и энергии.

Литье под высоким давлением

Она используется как в черной, так и в цветной металлургии и является самой дорогой и литейной. Металл подается в форму под высоким давлением со скоростью до 120 м/с и мгновенно заполняет форму.

Компоненты, полученные в результате этого процесса, практически не требуют окончательной обработки. Метод позволяет формовать изделия практически любой формы, с тонкими стенками и с предварительно проделанными отверстиями или предварительно вытянутыми компонентами.

Инжекционное литье

Метод инжекции — расширения отличается от обычного формования тем, что металл попадает в матку в виде пыли, смешанной со связующим материалом. Форма изготовлена из высокопрочной стали.

Благодаря высокой текучести смеси заполняются мельчайшие детали контуров формы, а также самые сложные формы, включая внутренние полости. Преимуществом этого метода является высокая поверхностная точность, что означает, что дополнительное лечение не требуется или сводится к минимуму. Еще одним преимуществом является высочайшая естественная и химическая однородность отливки.

Существуют и другие методы литья аксессуаров со специализированным применением.

Основные способы литья металлов

Литье в землю

Традиционный метод. Изготавливается простая или сложная модель из дерева или другого модельного материала, а затем на основе модели создается матрица из песка и глины. Более подробную информацию об этом методе см. в соответствующей статье.

Модель извлекается из формы, и ее части собираются для создания литниковой системы. Форма прокалывается тонкой острой иглой, чтобы обеспечить отток газа. Влейте его и подождите, пока он остынет.

Литье в формы

Разъемные формы, известные как штампы, изготавливаются из металлических деталей. Детали пресс-форм отливаются или, если требуется высокое качество поверхности и точность размеров, фрезеруются. Формы смазываются и заливаются неадгезивным веществом.

После охлаждения формы разбираются, извлекаются и очищаются. Формы выдерживают до 300 рабочих циклов.

Газифицируемая модельная отливка

Модели изготавливаются не из дерева или воска, а из легковоспламеняющегося газообразного вещества, в основном из полистирола. Модель остается в форме и испаряется при заливке металла.

Газифицируемая модельная отливка

Преимущества способа:
- модель не требуется извлекать из матрицы;
- можно изготовлять модели сколь угодно сложных отливок, не нужны сложные и составные формы;
- существенно снижена трудоемкость моделирования и формования.
Разливка моделей с газификацией становится все более популярной на современных сталелитейных заводах.

Как получают и из чего делают железо (сталь)?

Железо и стали на его основе используются повсеместно в промышленности и обыденной жизни человека. Однако мало кто знает, из чего делают железо, вернее, как его добывают и преобразовывают в сплав стали.

Популярное заблуждение

Для начала определимся с понятиями, поскольку люди часто путаются и не совсем понимают, что такое железо вообще. Это химический элемент и простое вещество, которое в чистом виде не встречается и не используется. А вот сталь – это сплав на основе железа. Она богата на различные химические элементы, а также содержит углерод в своем составе, который необходим для придания прочности и твердости.

Следовательно, не совсем правильно рассуждать о том, из чего делают железо, так как оно представляет собой химический элемент, который есть в природе. Человек из него делает сталь, которая в дальнейшем может использоваться для изготовления чего-либо: подшипников, кузовов автомобилей, дверей и т. д. Невозможно перечислить все предметы, которые из нее производятся. Итак, ниже мы не будем разбирать, из чего делают железо. Вместо этого поговорим о преобразовании этого элемента в сталь.

Добыча

В России и мире существует множество карьеров, где добывают железную руду. Это огромные и тяжелые камни, которые достаточно сложно достать из карьера, так как они являются частью одной большой горной породы. Непосредственно на карьерах в горную породу закладывают взрывчатку и взрывают ее, после чего огромные куски камней разлетаются в разные стороны. Затем их собирают, грузят на большие самосвалы (типа БелАЗ) и везут на перерабатывающий завод. Из этой горной породы и будет добываться железо.

Иногда, если руда находится на поверхности, то ее вовсе необязательно подрывать. Ее достаточно расколоть на куски любым другим способом, погрузить на самосвал и увезти.

Производство

Итак, теперь мы понимаем, из чего делают железо. Горная порода является сырьем для его добычи. Ее отвозят на перерабатывающее предприятие, загружают в доменную печь и нагревают до температуры 1400-1500 градусов. Эта температура должна держаться в течение определенного времени. Содержащееся в составе горной породы железо плавится и приобретает жидкую форму. Затем его остается разлить в специальные формы. Образовавшиеся шлаки при этом отделяют, а само железо получается чистым. Затем агломерат подают в бункерные чаши, где он продувается потоком воздуха и охлаждается водой.

Есть и другой способ получения железа: горную породу дробят и подают на специальный магнитный сепаратор. Так как железо имеет способность намагничиваться, то минералы остаются на сепараторе, а вся пустая порода вымывается. Конечно, чтобы железо превратить в металл и придать ему твердую форму, его необходимо легировать с помощью другого компонента – углерода. Его доля в составе очень мала, однако именно благодаря нему металл становится высокопрочным.

Стоит отметить, что в зависимости от объема добавляемого в состав углерода сталь может получаться разной. В частности, она может быть более или менее мягкой. Есть, например, специальная машиностроительная сталь, при изготовлении которой к железу добавляют всего 0,75 % углерода и марганец.

Теперь вы знаете, из чего делают железо и как его преобразовывают в сталь. Конечно, способы описаны весьма поверхностно, но суть они передают. Нужно запомнить, что из горной породы делают железо, из чего далее могут получать сталь.

Производители

На сегодняшний день в разных странах есть крупные месторождения железной руды, которые являются базой для производства мировых запасов стали. В частности, на Россию и Бразилию приходится 18 % мирового производства стали, на Австралию – 14 %, Украину – 11 %. Самыми крупными экспортерами является Индия, Бразилия, Австралия. Отметим, что цены на металл постоянно меняются. Так, в 2011 году стоимость одной тонны металла составляла 180 долларов США, а к 2016 году была зафиксирована цена в 35 долларов США за тонну.

Заключение

Теперь вы знаете, из чего состоит железо (имеется в виду металл) и как его производят. Применение этого материала распространено во всем мире, и его значение практически невозможно переоценить, так как используется он в промышленных и бытовых отраслях. К тому же экономика некоторых стран построена на базе изготовления металла и его последующего экспорта.

Мы рассмотрели, из чего состоит сплав. Железо в его составе смешивается с углеродом, и подобная смесь является основной для изготовления большинства известных металлов.

Литье металла: процесс, способы, методы

Металл – основа всей современной цивилизации. За год современное человечество добывает и перерабатывает такое количество одного только железа, что прежде весь мир ковырял бы его не менее пары веков. И эта потребность вполне оправдана, так как на одно лишь строительство уходит невероятное количество стали. Неудивительно, что литье металла в таких условиях постоянно совершенствуется.

Немного истории

Важнейшую особенность железа принимать, застывая, «предложенную» ему форму, человек заметил еще в древнейшие времена. Сегодня практически все ученые предполагают, что первоначальное знакомство человека с металлом состоялось благодаря метеоритам. Метеоритное железо было плавким, его было легко обрабатывать, так что основы литья некоторые зарождающиеся цивилизации изучали еще очень давно.

В нашей стране литье металла испокон веков было делом уважаемым и почетным, к этому ремеслу люди всегда относились с большим уважением. Широко известны «Царь-пушка» и «Царь-колокол», являющиеся шедеврами литейного мастерства русских мастеров, пусть даже один из них никогда не звонил, а второй – не стрелял. Уральские же литейщики в царствование Петра Первого приобрели особую известность в качестве поставщиков надежного оружия для армии. Впрочем, этот титул они вполне по праву носят и сейчас. Прежде чем мы рассмотрим основные виды литья металлов, необходимо сказать несколько слов о требуемых характеристиках сырья.

Каким должен быть металл для литья

Важнейшее свойство металла, который предполагается использовать для литья, – его текучесть. Сплав в расплавленном виде должен максимально легко перетекать из одного тигля в другой, заполняя при этом его мельчайшие выемки. Чем выше текучесть, тем тоньше стенки можно сделать у готового изделия. С металлом, который растекается плохо, намного сложнее. В обычных условиях он успевает схватиться значительно раньше, чем заполнит все промежутки формы. Именно с этой сложностью промышленники сталкиваются, когда выполняют литье сплавов металлов.

Неудивительно, что именно чугун стал излюбленным материалом литейщиков. А все потому, что у этого сплава превосходная текучесть, из-за чего работать с ним относительно просто. Сталь далеко не столь текуча, а потому для полного заполнения формы (чтобы не было каверн и пустот) приходится прибегать к самым разным ухищрениям.

В простейшем случае, когда требуется домашнее литье металла, сырье расплавляют и маленькими порциям выливают в воду: так, в частности, можно изготовить грузила для рыбалки. Но данный метод сравнительно широко используется даже в оружейной промышленности! С вершины специальной башни, по очертаниям напоминающую градирню, также дозировано начинает выливаться расплавленный металл. Высота сооружения такова, что до земли долетает идеально сформованная капелька, уже остывшая. Именно так производится в промышленных объемах дробь.

«Земляной» метод литья

Наиболее простым и древним способом является литье металла в землю. Но «простота» его - относительно условное понятие, так как работа эта требует предельно кропотливой подготовки. Что под ней подразумевается?

Сперва в модельном цехе делается полноразмерная и максимально подробная модель будущей отливки. Причем размер ее должен быть несколько больше того изделия, которое должно получиться, так как металл при охлаждении будет оседать. Как правило, модель делают разъемной, из двух половинок.

Как только с этим покончено, готовят специальную формовочную смесь. Если у будущего изделия должны быть внутренние полости и пустоты, то придется готовить еще и стержни, а также дополнительный формовочный состав. Они должны временно заполнить те участки, которые в готовой детали «пустуют». Если вас интересует литье металлов в домашних условиях, обязательно помните об этом обстоятельстве, так как в противном случае уже заполненную опоку может попросту разорвать давлением, причем последствия этого могут оказаться самыми печальными.

Из чего изготавливаются формовочные смеси?

Основой служат различные сорта песков и глин, а также связующие составы. В их роли могут выступать масла натуральные и синтетические, олифа, смола, канифоль, да хоть деготь.

Далее наступает время формовщиков, в задачу которых входит изготовление литейных форм. Если объяснять проще, то делается это так: берется деревянный ящик, в него кладется половинка от формы (она же разъемная), а промежутки между стенками модели и формы забиваются формовочным составом.

То же самое делают со второй половиной и скрепляют обе части штырями. Важно заметить, что в ту часть формы, которая при заливке окажется наверху, вставляют два специальных конуса. Один из них служит для заливания расплавленного металла, второй – для выхода расширяющихся газов.

Окончание подготовительного этапа

А сейчас наступает время едва ли не для самой ответственной части операции. Опоки очень аккуратно разъединяют, стараясь не допускать нарушения целостности формовочной смеси. После этого в земле остаются два четких и подробных отпечатка будущей детали. После этого их покрывают особой краской. Делается это, чтобы расплавленный металл не вступал в непосредственное соприкосновение с землей формовочной смеси. Этого технология литья металлов допускать не должна, так как в противном случае качество готового изделия может значительно ухудшаться.

Если в этом есть необходимость, в это же время прорезается дополнительный литниковый проход, необходимый для заливки расплава. Опоки вновь складывают и максимально прочно соединяют. Как только формовочная смесь слегка подсохнет, можно приступать к литью.

Начало литья

Сперва в вагранках, то есть специальных печах, расплавляют чугунные заготовки. Если же требуется отливать сталь, то сырье плавят в доменных, мартеновских, инверторных и прочих печах. Чтобы привести в состояние расплава цветные металлы, используют специализированные плавильные устройства.

Все, можно приступать к литью. Если форма одна, то расплав туда вливают ковшом, в индивидуальном порядке. В остальных же случаях, как правило, организуется конвейер: или лента с заготовками идет под ковшом, или же ковш движется над рядами опок. Здесь все зависит исключительно от организации производства. Когда приходит время и металл остывает, его вынимают из формы. В принципе, этот метод идеален в тех случаях, когда требуется литье металлов в домашних условиях (для кузни, например). Чего-то более совершенного в таких условиях добиться все равно не получится.

Пескоструйными или шлифовальными машинами с готового изделия снимается окалина и приставшая формовочная смесь. Кстати говоря, этот метод активно применялся при производстве танков во время Великой Отечественной войны. Именно так производили литые башни, причем простота и технологичность данного процесса позволяла выпускать огромное количество боевых машин, которые были так нужны фронту. Какие еще существуют виды литья металлов?

Литье в кокиль

Но ныне используют намного более совершенные и технологичные способы производства литой продукции. Например, литье металла в кокиль. В принципе, этот способ во многом напоминает описанный нами выше, так как и в этом случае используются литейные формы. Только при этом они металлические, что значительно упрощает процесс крупносерийного производства.

Итак, в две половинки вставляют конусы и стержни (для заливания металла и образования пустот), а затем накрепко скрепляют их друг с другом. Все, можно приступать к работе. Особенность данного способа в том, что здесь расплавленный металл чрезвычайно быстро застывает, есть возможность принудительного охлаждения форм, а потому и процесс выпуска идет значительно быстрее. При помощи одного только кокиля можно получить сотни, а то и тысячи, отливок, не тратя при этом много времени на индивидуальную подготовку форм и формовочных смесей.

Некоторые недостатки метода

Недостатком данного способа литья является то обстоятельство, что для него подходят только те виды металлов, которые отличаются повышенной текучестью в расплавленном виде. Например, для стали годится только отливка под давлением (о ней ниже), так как материал этот хорошей текучестью не обладает вообще. Под действием сжатого воздуха даже самые «тягучие» сорта стали намного лучше принимают требуемую форму. Плохо то, что обычный кокиль таких экстремальных условий производства попросту не выдержит и развалится. А потому приходится использовать особый метод производства, о котором мы расскажем чуть ниже.

Литье под давлением

Как осуществляется литье - под давлением - металлов? Некоторые аспекты мы уже рассмотрели выше, но все же необходимо раскрыть данный вопрос несколько подробнее. Все достаточно просто. Во-первых, необходима литейная форма из качественных сортов стали, которая может быть многоступенчатой, сложной внутренней формы. Во-вторых, необходимо нагнетающее оборудование, способное выдавать от семи до семисот МП.

Главным преимуществом такого способа выплавки является высокая производительность. Что еще обеспечивает литье под давлением? Металлов в этом случае уходит значительно меньше, а качество поверхности готового изделия получается очень хорошим. Последнее обстоятельство предполагает отказ от сложной и довольно муторной процедуры очистки и шлифовки. Из каких материалов при этом методе производства предпочтительнее всего выпускать готовые изделия и детали?

Чаще всего применяют сплавы на основе алюминия, цинка, меди и олова-свинца (литье цветных металлов). Температура плавления у них сравнительно невелика, а потому достигается очень высокая технологичность всего процесса. Кроме того, у этого сырья сравнительно маленькая осадка при охлаждении. Это означает, что можно производить детали с очень незначительными допусками, что при выпуске современной техники чрезвычайно важно.

Сложность данного метода в том, что при отделении готовых изделий от пресс-форм возможно их повреждение. Помимо этого, данный способ подходит лишь для изготовления деталей с относительно небольшой толщиной стенок. Дело в том, что толстый слой металла будет крайне неравномерно застывать, что предопределит образование раковин и каверн.

Разновидности установок для «давильного» литья

Все машины, которые используются при этом методе отливки изделий из металла, делятся на две большие группы: с горячей и холодной литейной камерой. «Горячая» разновидность чаще всего может быть использована только для сплавов на основе цинка. При этом сама литейная камера погружена в раскаленный металл. Под давлением воздуха или особого поршня он затекает в отливочную полость.

Как правило, сильного нагнетательного усилия при этом не требуется, хватает давления до 35-70 МПа. Так что формы для литья металла в этом случае могут быть значительно проще и дешевле, что самым благоприятным образом действует на итоговую себестоимость изделия. В холодных литейных формах расплавленный металл приходится «загонять» вглубь отливочной камеры под особенно высоким давлением. При этом оно может достигать 700 МПа.

Где используются детали, полученные методом литья под давлением?

Они повсюду. В телефонах, компьютерах, фотоаппаратах и стиральных машинах, всюду есть детали, полученные именно эти методом. Особенно широко его использует машиностроение, в том числе непосредственно связанное с авиационной и даже космической отраслью. Масса отлитых частей может колебаться от нескольких граммов до 50 килограмм (и даже выше). Может ли использоваться еще какая-то «обработка» металлов литьем? Да, и способов еще существует немало.

Литьё по выплавляемым моделям

Как и в самом первом рассмотренном нами случае, человечество издревле знало о методе заливки расплавленного металла в заранее подготовленную модель, сделанную из парафина или воска. Ее просто кладут в опоку и забивают промежутки формовочной смесью. Расплав растворяет воск и идеально заполняет весь объем первичной заготовки. Данный метод хорош тем, что модель не нужно доставать из опоки. Кроме того, при этом возможно получение деталей просто идеального качества, данный процесс литья металлов сравнительно легко автоматизировать.

Литьё в оболочковые формы

Если отливка сравнительно простая, и «космической» прочности от готового изделия не требуется, может быть использован метод литья в оболочковые формы. Делают их с незапамятных времен, причем в качестве основы используется мелкий кварцевый песок и смола. Сегодня, естественно, в качестве последней используются различные синтетические составы.

Затем берутся разборные металлические модели, состоящие из двух половинок, и ставятся на поверхность, разогретую приблизительно до 300 градусов по шкале Цельсия. Затем туда же насыпают формовочную смесь (из песка и сухой смолы) так, чтобы она полностью закрывала поверхность металлических моделей. Под воздействием жара смола плавится, и в толще песка возникает довольно прочная «опока».

Как только все это слегка остынет, металлические чушки можно вынимать, а песок отправлять на «прожарку» в печь. После этого получаются достаточно прочные формы: соединив две их половины, можно заливать в них расплавленный металл. Какие еще существуют методы литья металлов?

Центробежное литьё

При этом расплав выливается в особую форму, которая с очень высокой скоростью вращается в горизонтальной или вертикальной проекции. В результате действия мощных равноприложенных центробежных сил металл равномерно затекает во все промежутки формы, за счет чего достигается высокое качество готового изделия. Такой способ литья идеально подходит для выпуска различного вида труб. Он позволяет формовать значительно более равномерную толщину стенок, чего крайне сложно добиться, пользуясь «статичными» методами.

Электрошлаковое литьё

Существуют ли какие-то способы литья металлов, которые с полным на то правом можно называть современными? Электрошлаковое литьё. При этом жидкий металл сперва получают, воздействуя на предварительно подготовленное сырье мощными электродуговыми разрядами. Может использоваться и бездуговой метод, когда железо плавится от тепла, аккумулируемого шлаком. А вот на последний-то и действуют мощные разряды.

После этого жидкий металл, который на протяжении всего процесса ни разу не соприкасался с воздухом, поступает в кристаллизационную камеру, которая «по совместительству» является еще и литейной формой. Используется этот метод для сравнительно простых и массовых отливок, для изготовления которых не нужно соблюдать множество условий.

Вакуумная заливка

Применяется только в случае «элитных» материалов, таких как золото, титан, высококачественная сталь. При этом металл расплавляется в условиях вакуума, а затем быстро (в тех же условиях) распределяют по формам. Метод хорош тем, что при его применении практически исключено образование воздушных каверн и полостей в изделии, так как количество присутствующих там газов минимальное. Важно помнить, что вес отливок в этом случае не может превышать сотни-другой килограммов.

Есть ли возможность получать детали большего веса?

Да, такая технология существует. Но она может использоваться только в тех случаях, когда одновременно обрабатывается от ста тонн стали и больше. Сперва металл плавят в условиях вакуума, а затем разливают его не в формы, а в специальные формовочные ковши, которые также защищены от поступления в их полость воздуха.

После этого готовый расплав может быть распределен по формам, из которых насосом предварительно также откачали воздух. Сталь, получаемая в результате такого технологического процесса, довольно дорогая. Ее применяют для ковки, а также некоторых видов все того же литья, когда требуется получать заготовки и детали максимально высокого качества.

Литьё по газифицируемым (выжигаемым) моделям

По качеству отливки и простоте, данный метод является одним из наиболее выгодных, а потому в современной промышленности он используется все более широко. Особенной популярностью такое литье металла, производство которого возрастает год от года, пользуется в КНР и США, так как промышленные базы этих двух стран отличаются наибольшей потребностью в качественной стали. Преимущество данного метода в том, что он позволяет производить отливки без каких бы там ни было ограничений по массе и размерам.

Во многом этот метод схож с описанными нами выше: так, в этом случае используется первичная модель не из воска или пластилина, а из широко распространенного ныне пенопласта. Так как материал этот обладает своей спецификой, связующую песчаную смесь набивают в опоку под давлением примерно в 50 кПа. Чаще всего данный метод практикуется в тех случаях, когда необходимо сделать детали массой от 100 граммов до двух тонн.

Впрочем, мы уже говорили, что каких-то жестких ограничений на размер деталей нет. Так, посредством этого способа отливки могут производиться даже комплектующие для корабельных двигателей, которые никогда «скромными» размерами не отличались. На каждую тонну металлического сырья расходуется следующее количество дополнительных материалов:
- Песка кварцевого мелкого - 50 кг.
- Особое противопригарное покрытие - 25 кг.
- Гранулированный пенополистирол - 6 кг.
- Плотная полиэтиленовая пленка - 10 кв. м.
Вся формовочная смесь – чистый кварцевый песок без каких-либо дополнительных присадок и добавок. Он может быть примерно на 95-97% использован повторно, что значительно повышает экономичность и снижает себестоимость процесса.

Таким образом, литье металлов (физика процесса была нами частично рассмотрена) – явление «многогранное», так как на сегодняшний день существует масса новейших методик. Параллельно современная промышленность применяет методы, которые были в ходу уже несколько тысяч лет тому назад, несколько адаптировав их под нынешние реалии.

Из чего сделан металл. Из чего сделан металл

Олово часто можно резать ножницами или кусачками для создания открытых рисунков. Вырежьте дно жестяной коробки и с помощью ножа вырежьте узоры по бокам коробки, чтобы создать абажур. Его можно покрасить и установить.

Путь металла от руды до изделия

Большинство металлов являются химическими. Данная форма не является полноценным материалом для дальнейшего производства готовой продукции. Руды, добытые в шахтах, не подходят для этой цели. Чтобы получить металлы из сырья, сырье должно пройти определенные процедуры.

Существует в общей сложности две формы, из которых извлекаются металлы.
1. Самородная форма. Платина, ртуть, золото, медь, серебро и некоторые другие металлы в природе находятся уже в свободном состоянии. Они не требуют длительной обработки. Чтобы получить сырье для изготовления конечного изделия, такие металлы очищают от примесей механически либо с задействованием реагентов.
2. В виде руды. Представляют собой соединения, которое находится в горных породах/минералах. Извлечение металла производится исключительно промышленным способам. В руде обычно встречаются либо оксид, либо соли металлов. К последним относятся сульфиды и карбонаты. Одна руда может содержать несколько металлов, то есть являются полиметаллическими, к примеру, медно-цинковые, свинцово-серебряные и другие.
Вторая форма гораздо чаще встречается в природе. Единственным исключением являются драгоценные металлы, при добыче которых удаляются посторонние примеси.

Какие способы получения металла существуют?

Руды, содержащие различные соединения металлов, бывают разных форм. Точный состав руды влияет на технологию, используемую для получения материала.
- Восстановление из оксидов с задействованием углерода. Относится к основному способу получения многих металлов. Из оловянного камня выплавляют — олово, из железной руды получают чугун. Из других металлов выплавку проводят из оксидов.
- Обжиг в специальной промышленной печи. Данная технология применяется к сернистой руде. Этот способ предполагает то, что в результате обжига в специальной печи получают сернистое соединение.
Состав руды напрямую влияет на эту конкретную технологию обогащения руды.

Металлургическая промышленность

Металлургия — это промышленный сектор, который производит различные металлические металлы. Металлургией называют не только промышленное производство. Этот термин также применяется к науке, изучающей различные промышленные методы производства металлов. Металлургические процессы — это восстановление катионов металлов с помощью различных восстановительных сред. Металлы из руд получают с помощью специальных восстановительных средств. Последние выбираются с учетом активных компонентов металла, стоимости и соответствия экологическим нормам. При этом всегда учитывается практичность металлургического процесса. Существует три основных технологии получения металлов из различных руд.

Каждый метод обогащения руды имеет свои уникальные характеристики.

Классификация возможных типов кристаллических решеток была создана французским ученым О. Браве и поэтому называется «решетки Браве». Всего существует 14 различных типов кристаллических решеток, разделенных на четыре вида.

Из чего сделан металл

Химия — это царство чудес, в котором благосостояние человечества

Величайшее завоевание разума будет

происходят в этой области.

Таблица Менделеева

Универсальная таблица растворимости

Коллекция таблиц к урокам по химии

Важная металлохимическая активность (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей и кислот) приводит к тому, что земная кора встречается в основном в виде соединений: оксидов, серы, сульфида, хлорида, карбоната, карбоната, карбоната, карбоната и. Металлы, расположенные справа от водорода в последовательности давлений (Ag, Hg, Pt, AZ, Cu), встречаются в свободной форме, тогда как медь и ртуть встречаются в природе гораздо чаще в виде соединений.

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения, называются рудами, хотя технически и экономически чистые металлы могут быть извлечены.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

Металлургия — это и наука, и отрасль промышленности — промышленные методы получения металлов из руд.

Каждый металлургический процесс — это процесс, в котором используются различные восстановительные среды для уменьшения ионов металла. Это вещество можно выразить следующим образом.

Для осуществления этого процесса необходимо учитывать активность металла. Для изучения технической осуществимости, экономических и экологических факторов необходимо выбрать понижающие коэффициенты.

В соответствии с этим существуют следующие методы производства металла

Пирометаллургия

Питеметаллография — восстановление металлов из руд до высоких температур с использованием углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

Например, олово извлекается с помощью казидерита Сно₂Медь извлекается с помощью кипрской Cu₂o

Углерод при прокаливании (Cola): o

Сно.₂+ 2c = sn + 2co↑; cu₂O + C = 2CU + CO↑

Серная руда сначала накаливается на воздухе, а затем полученный оксид становится углеродом.

2zns + 30₂ = 2zno + 2so₂ ↑; ZnO + C = Zn + CO↑Сфалит

Из карбонатных руд металл также экспортируется углеродными грозами, так как карбонаты при нагревании разлагаются и превращаются в оксиды, последние отбрасываются в углерод.

feсro3=féoo + co₂ ↑; fé пока +с= fet + co↑ железный камень (асторский и железный)

При восстановлении углеродом могут образовываться Fe, Cu, Zn, Cd, Ge, Sn, Pb и другие металлы, которые не образуют прочного углерода (углеродных соединений).

В качестве восстановительных факторов можно использовать водород или активные металлы.

К преимуществам этого метода относится очень чистый прием металла.

2) ТИО.₂+ 2mg = Ti + 2mgo (магний).

Наиболее часто используемым металлом для индукции является алюминий, образование оксида которого очень велико (2A1 + 2MGO).

Его очень высокая (2A1 + 1,5 o₂ = al₂o₃ + 1676 кдж/моль). Электрохимические линии напряжения металла не могут быть использованы для определения потенциала реакции восстановления металла оксидом. Вероятность этого процесса можно в основном определить, зная величину образования горячего оксида и рассчитав тепловой эффект реакции (q).

где q₁ — теплота горячего образования составляет q₂ — Это экзотермическая сила образования продукта.

Поэзия легких (производство железа): c + o₂ = co₂co.₂ +c↔2co3fe₂o₃ + co = 2 (Fe 2 Fe 3₂) o₄+ co₂(Fe 2 Fe 3 ) o + co = 2 (Fe 2 Fe 3 ) o + co 2₂) o₄+ co = 3feo + co₂feo + co = fe + co₂ (Чугун содержит до 6,67% углерода в виде гранул графита и цементита Fe)₃c);

Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) происходит в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрощелевых) с различными способами нагрева. Воздух, обогащенный кислородом, приводит к сгоранию серы, фосфора и кремния в виде оксидов. Оксиды объединяются в виде анекдотов (co₂поэтому₂), или легко переходит в отделенный шлак — шихта CA₃(PO₄)₂ и Casio₃ Для производства специальных сталей в печь вводят сплавы других металлов.

Гидрометаллургия

Гипермаляция — это восстановление металлов из соли в раствор.

Процедура проводится в два этапа: 1) природное соединение растворяется в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла- 2) из полученного раствора этот металл заменяется или восстанавливается более активным металлом или подвергается электролизу. Например, в случае получения руды Cuo, руда обрабатывается редкой серной кислотой.

Медь извлекается из солевого раствора электролизом или вытесняется в железо сульфатной кислотой.

Из него получают серебро, цинк, молибден, золото и уран.

Для строительства скамьи размером 2,3 x 0,6 x 0,45 м используются трубы квадратного сечения 0,03 x 0,03 м общей длиной 11 м. Также 2,3 м доски и 0,06 м шириной.

Химические свойства металлов

Металлы не могут присоединять электроны. Поэтому они являются восстановительными во всех химических реакциях, и соединения имеют только положительную степень окисления. Восстановительная активность различных металлов неодинакова. Слева направо, в главных подгруппах, восстановительная активность металлов уменьшается.

(a) С галогенами металлы образуют соли — например, галогениды.

(b) С кислородом металлы образуют оксиды.

С кислородом железо горит.

(c) С серой металл образует соли — например, сульфиды:.

(d) С водородом наиболее активные металлы образуют гидриды. Например

(e) С углеродом многие металлы образуют карбиды.

(a) Первые металлы в ряду напряжения (от Li до Na) вытесняют водород из воды и образуют щелочи при нормальных условиях.

(b) Первый металл в ряду напряжений перед водородом взаимодействует с разбавленной кислотой (HCl, H).₂Итак.₄ и т.д.), что приводит к образованию солей и выделению водорода.

(c) Металл взаимодействует с раствором солей менее активного металла, что приводит к образованию солей наиболее активного металла и высвобождению менее активного металла в свободной форме.

Общие способы получения металлов

Большинство металлов встречаются в природе в виде различных соединений (например, оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов и карбонатов). Только наименее активные металлы, такие как золото, серебро и платина, встречаются в природе в свободном виде (природные металлы).

Получение металлов из этих соединений является задачей металлургии.

Каждый металлургический процесс включает восстановление ионов металла с использованием различных восстановителей для получения свободной формы металла.

В зависимости от способа осуществления металлургического процесса различают пирометаллургию, гидрометаллургию и электрометаллургию.

Термометаллургия — это получение металлов из их соединений при высоких температурах с использованием различных восстановителей, таких как углерод, монооксид углерода (II), водород и металлы (алюминий, магний).

Гидрометаллургия — это производство металлов, состоящее из двух процессов: 1) природное соединение металла (обычно оксид) растворяется в кислоте, образуя раствор соли металла; 2) металл, о котором идет речь в растворе, получается из более реакционноспособного металла; и 3) раствор производится из данного металла.

Электрометаллургия — это производство металлов путем электролиза растворов или плавления их соединений. Редуцирующим фактором в этом процессе является электроэнергия.

Сплавы

Чистые формы металлов используются реже, чем сплавы. Причина этого в том, что сплавы часто обладают лучшими техническими свойствами, чем чистые металлы. Сплавы основаны на свойстве металлов плавиться друг в друга в расплавленном состоянии и смешиваться друг с другом.

Сплавы имеют различные составы и структуры. Наиболее важными из них являются
1. Механическая смесь металлов. Охлажденный расплав представляет собой смесь очень мелких кристаллов отдельных металлов (например, Pb + Sb)
2. Твердые растворы. При охлаждении расплава образуются однородные кристаллы. В узлах их кристаллических решеток находятся атомы различных металлов (например, Cu + Ni).
3. Интерметаллические соединения. При взаимном растворении металлов их атомы реагируют между собой, образуя химические соединения. В таких соединениях металлы чаще всего не проявляют валентность, характерную для них в соединениях с неметаллами (например, Cu₃Zn, Zn.₃Mg, Ag.₂Zn.₅).
Сплавы могут также содержать неметаллы (например, углерод, бор).

Способность металлов в расплавленном состоянии смешиваться механически, а также образовывать друг с другом различные соединения (и неметаллические атомы) — физические свойства сплавов металлов, входящих в их состав. Сплавы вольфрама и монокарбоната кобальта по твердости сравнимы с алмазом. В настоящее время в этой технологии применяется большое количество различных сплавов с заданными свойствами. В их производстве используется более 40 химических элементов в различных комбинациях и количественных соотношениях.

Некоторые широко используемые сплавы

Сталь — это сплав железа и углерода со следующими добавками: Mn, Cr, Ni, Si, P и S.

Медь — сплав меди и олова, добавки: Zn, Pb, Al, Mn, P, Si.

Латунь — сплав меди и цинка, добавки: Sn, Mn, Al, Pb, Si.

Мельхиор — медный сплав, содержащий никель.

Дюралюминий — это алюминиевый сплав, содержащий медь (3-5%), марганец (1%) и магний (1%).

Электрометаллургия — это производство металлов путем электролиза растворов или плавления их соединений. Редуцирующим фактором в этом процессе является электроэнергия.

Нержавеющая сталь

Технически это разновидность легированной стали, но существует так много ее разновидностей, что ее обычно выделяют в отдельную категорию. Эта сталь особенно важна благодаря своей коррозионной стойкости.

По сути, это просто сталь, содержащая значительное количество хрома. При коррозии хром создает очень тонкий слой, который замедляет образование ржавчины. Стирание этой плотины быстро приведет к образованию новой плотины.

Кухни полны изделий из нержавеющей стали — ножи, столы, посуда — все, что соприкасается с пищей.

К сожалению, то, что они изготовлены из нержавеющей стали, не означает, что они не ржавеют. Различные составы предотвращают различные степени ржавления. Нержавеющая сталь, используемая в морской воде, должна быть коррозионностойкой, чтобы предотвратить появление ржавчины. Однако все виды нержавеющей стали ржавеют, если за ними не ухаживать должным образом.

Железо (кованое или литое)

Хотя это очень архаичный металл (особенно распространенный в железном веке), он все еще имеет множество современных применений.

Во-первых, это важный компонент стали. Но помимо этого, вот некоторые другие области применения и объяснения того, почему используется железо:.
- Посуда (например, сковороды) — пористая поверхность позволит кулинарным маслам пригореть и создать естественную антипригарную поверхность.
- Дровяные печи — чугун имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, поэтому печь может выдерживать высокие температуры.
- Основания и рамы для тяжелой техники — этот тяжелый металл снижает вибрацию и обеспечивает жесткость
Интересный факт: железо — шестой по распространенности элемент во Вселенной.

Алюминий

Что касается металлов, то это действительно современный металл. Впервые алюминий был произведен в 1825 году и с тех пор послужил основой для нескольких важных разработок.

Например, благодаря своему замечательному соотношению веса и массы, именно этот металл в значительной степени отвечает за полеты человека и полеты на Луну. Он имеет хорошую форму (эластичный) и не ржавеет, что делает его идеальным для изготовления банок для безалкогольных напитков. И (возможно) самое главное, из него можно сделать очень тонкие листы, которые можно использовать для приготовления свежей рыбы до совершенства.

Хотя процесс производства алюминия немного сложнее, чем других металлов, на самом деле это очень распространенный металл. Это самый распространенный цветной металл (без железа) на планете.

Он не ржавеет, но окисляется. На самом деле, железо по определению является единственным металлом, который «ржавеет». Алюминий более подвержен коррозии при контакте с солью. Однако он не подвергается коррозии при контакте с водой. Это делает алюминий очень полезным для создания таких объектов, как пресноводные лодки.

Читайте также: