Содержание:

Различают два вида таких материалов – ферросплавы, используемые в металлургии и двойные/тройные системы (преимущественно «железо-медь», «железо-никель» и «железо-титан-алюминий»), которые находят возрастающее применение в приборо- и машиностроении.

Состав, свойства и маркировка

По объёму потребления основным из ферросплавов является ферросилиций. Он содержит кремний, который используется для удаления кислорода из расплава. В процессе раскисления используется высокое сродство кремния к кислороду. Операция раскисления кремнием становится более эффективной, когда в ферросилиции присутствует марганец, образующий сложные силикаты. Эти силикаты надёжно связывают кислород, улучшая качество готовой продукции.

Сплавы на основе железа

Ферросилиций получают путем восстановления кремнезема или песка с помощью кокса в присутствии железа. Материал обладает хорошей стойкостью к истиранию, хорошей стойкостью к коррозии, высоким удельным весом и высоким магнетизмом. Температура плавления и плотность ферросилиция зависят от содержания в нем кремния, и он доступен по невысокой цене.

Химический состав ферросилиция:

  • кремний – 74…78%

  • железо – не менее 21…22;

  • алюминий – не более 0,50.

В виде примесей/добавок присутствуют также углерод, марганец, сера и фосфор.

Ферросилиций – сплав железа с углеродом – обладает следующими физическими свойствами:

  1. Плотность, г/см3 – 3,2.

  2. Температура плавления, 0С – 1200…1250.

  3. Температура кипения, 0С – 2355.

Ферросилиций отечественного производства выпускается по техническим требованиям ГОСТ 1415-93 и маркируется ФСХХ, где последние два знака – цифры, означающие процент кремния (например, ферросилиций ФС75 содержит около 75% кремния).

Сплавы системы «железо-медь» являются лигатурами – веществами, применяемыми с целью измельчения зерна, модификации или отверждения основного сплава. Применение лигатур повышает экономичность выплавки. В химический состав входит от 10 до 50 % железа, остальное приходится на медь. Около 1 % составляют примеси и добавки.

Сплавы с железом

Железоникелевые и железокобальтовые сплавы обеспечивают снижение потерь в магнитопроводах, а также снижают чувствительность деталей к атмосферной коррозии. Некоторые из них обладают эффектом памяти.

Наиболее широкий диапазон магнитных свойств и чётко выраженную структуру демонстрируют сплавы никель-железо с процентным содержанием никеля 35…80%. Изменение состава достигается выбором температуры отжига и подходящей высокой скоростью охлаждения.

Общее название таких материалов – пермаллой. В отечественной практике сплавы на основе железа - пермаллои производят по ГОСТ 10160-62.

Согласно этому стандарту выпускаются пермаллои следующих групп:

  1. Нелегированные (45Н, 50Н, цифры обозначают процент никеля).

  2. Имеющие прямоугольную петлю гистерезиса. Маркировка - 50НП, 65НП, 34НКМП (буква П означает «прямоугольная петля», в составе последнего сплава присутствуют также молибден и кобальт.

  3. Дополнительно легированные хромом и медью, иногда называемые элинварами (50ХНС, 78ХНД).

Особо следует выделить инвар (маркировка 36Н) – железоникелевый прецизионный сплав с минимальным значением коэффициента теплового расширения. Маркировка и технические требования соответствуют положениям ГОСТ 10160-62.

железосодержащие сплавы

Сплавы железа с титаном (а также железа с титаном и алюминием, в небольших количествах присутствуют также марганец) характеризуются малой плотностью и большой прочностью. Известно, что такие свойствам сплавы обязаны особым формулам интерметаллидных соединений, которые имеются в структуре. Выпускаются в США.

История открытия

Честь открытия ферросплавов принадлежит Франции, где в середине XIX века впервые были использованы специальные добавки, позволяющие удалить из расплава имеющийся там кислород. Вместе с тем желаемой эффективности раскисления удалось добиться лишь в электрометаллургическом процессе, когда контроль за температурой ванны с жидким металлом является наиболее точным. Поэтому в промышленных масштабах ферросилиций был применён Ф. Бекетом в 1907 г.

Первый пермаллой, который содержал около 80 % никеля и 20 % железа, был открыт в 1914 г. Г. Элменом, сотрудником исследовательской лаборатории компании Bеll Telephone (США). Свойства сплавов железа с никелем оказались востребованными в активно развивающихся технологиях телефонной связи, которые потребовали материалов с весьма высокой магнитной проницаемостью. Пермаллои были использованы для изготовления магнитных сердечников, а также для целей блокировки паразитных магнитных полей.

Соединения железа с титаном и алюминием относятся к пока ещё закрытой зоне исследований в области материаловедения.

Сферы применения

Как уже отмечалось, ферросилиций как активный раскислитель используется преимущественно в металлургии. Сплавы ферросилиция используются также для извлечения марганца, хрома и других легирующих элементов из шлака. Велика доля применения данных материалов для восстановления оксида хрома в конце периода обезуглероживания, за счёт чего удаётся улучшить вспенивание шлаков при плавке нержавеющей стали в электрических печах.

Области применения сплавов на основе железа, никеля и кобальта – производство точных измерительных приборов и техники, работающей в сильных магнитных полях.

Соединения железа с титаном и алюминием применяются в ракетной и авиакосмической технике.

Производство и обработка

Параметры рассматриваемых материалов – высокая размерная точность и стабильность магнитных характеристик – в полной мере могут быть достигнуты лишь при их производстве методами электрометаллургии. То же касается инвара и, тем более – высокоточных сплавов железа с титаном и алюминием.

Механическая обработка таких сплавов затруднена, поэтому при получении деталей используют процессы обработки давлением или точного литья.