Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
К началу XX в. на основе работ Н. С. Курнакова, Д. П. Коновалова, А. А. Байкова, П. П. Федотьева и других ученых возникла новая отрасль науки — теория металлургических процессов. В инженерные основы металлургии большой вклад внесли В. Е. Грум-Гржимайло, создавший гидравлическую теорию металлургических печей, М. А. Павлов, И. П. Бардин, А. А. Байков, развившие теорию и практику металлургии чугуна.
Классификация металлов **. Металлы составляют большую часть всех элементов в периодической системе Д. И. Менделеева, но в технике они классифицируются по иным признакам. До настоящего времени не разработана научно обоснованная классификация металлов. В практике получили применение исторически сложившиеся классификации, базирующиеся на таких признаках металлов, как их распространенность в природе, применимость, физические и частично химические свойства. Металлы делятся на черные и цветные. К, черным металлам, относятся железо, марганец, хром и сплавы на их основе, к цветным — все остальные. Цветные металлы делятся на 4 группы: 1) тяжелые: медь, свинец, олово, цинк и никель; 2) легкие: алюминии, магнии, кальций, калий и натрий; часто к этой группе относят также барий, бериллий, литий и другие щелочные и Щелочноземельные металлы; 3) драгоценные, или благородные: платина, иридий, осмий, палладий, рутений, родий, золото и серебро; 4) редкие: а) тугоплавкие:
* В скобках приведены даты открытий или начала совершенствования процессов.
** Приведенная классификация не является общепринятой и совершенной с точки зрения совремеииого состояния металлургии, поэтому в настоящее время Разрабатывается новая классификация металлов.
вольфрам, молибден, ванадий, тантал, титан, цирконий и ниобий, к ним же иногда относят кобальт; б) легкие: стронций, скандий, цезий и рубидий и др.; в) рассеянные: германий, галлий, таллий, индий и рений; д) редкоземельные: лантан, иттрий, гафний, церий, скандий и др.; д) радиоактивные: торий, радий, актиний, протактиний, полоний, ураи и заурановые элементы Из группы редких металлов часто выделяют в качестве отдельной группы так называемые малые металлы: сурьму, ртуть, висмут.
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. Кристаллы важнейших металлов имеют форму центрированного куба (кристаллы: a-Fe, Cr, V, Mo, VV1 К, Na и другие с координационным числом 8), куб с центрированными гранями (кристаллы: Y-Fe, Ni, Со, Cu, Al, Au, Ca и другие с координационным числом 12), гексагональную форму с плотнейшей упаковкой (кристаллы: Zn, Mg, Cd, Ti и другие с координационным числом 12). Металлы склонны к аллотропическим превращениям, т. е. обладают способностью существовать в нескольких кристаллических формах в зависимости от условий кристаллизации и охлаждения в твердом виде (полиморфизм). На способности металлов к полиморфным превращениям основаны процессы термической обработки металлов (отжиг, закалка).
Понятие о сплавах. 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» чаще всего относится к кристаллическим веществам и особенно к металлам. Химически устойчивые сплавы должны иметь однородную структуру, так как разнородные кристаллы, составляющие структуру, образуют под действием реагентов электрохимические пары, способствующие коррозии металлов. Однородность сплавов в сильной степени зависит от кристаллических решеток сплавляемых компонентов. В зависимости от числа входящих в сплав простых веществ (компонентов) различают сплавы двойные, тройные, четверные и т. д. Наиболее хорошо изучены двойные сплавы.
Для сплавов характерно наличие определенного взаимодействия между сплавленными веществами. В жидком состоянии все компоненты полностью смешиваются и образуют однородную жидкость. В твердом состоянии образуются однородная кристаллическая смесь компонентов или твердые растворы, или химические соединения. Каждому из приведенных трех типов взаимодействия компонентов в твердом состоянии отвечают определенный характер кристаллизации и определенная структура. Наибольшее значение имеют сплавы железа.
Железо. Железо может существовать в нескольких аллотропических формах: альфа-железо (a-Fe), гамма-железо (y-Fe) и дельта-железо (o-Fe). a-Fe обладает магнитными свойствами, устойчиво при температуре ниже 910° С, имеет кристаллическую решетку в форме центрированного куба. Оно растворяет углерод в незначительном количестве: при 723° С — 0,02%, при комнатной температуре — 0,006% . Твердый раствор углерода в a-Fe называется ферритом. При 910° Са-же-лезо превращается в у-железо, имеющее кристаллическую решетку в форме куба с центрированными гранями. y-Fe способно растворять углерод в больших количествах, чем a-Fe: при 723° С — 0,8%, при 113O0C — 2%. Твердый раствор углерода в Y-Fe называется аустенитом.
