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कच्चा लोहा के प्रकार, वर्गीकरण, संरचना, गुण, अंकन और अनुप्रयोग

आज, मानव जीवन के लगभग कोई क्षेत्र नहीं हैं,जहां कहीं भी कच्चा लोहा इस्तेमाल किया जाता है। यह सामग्री लंबे समय से मानव जाति के लिए जानी जाती है और व्यावहारिक दृष्टिकोण से खुद को उत्कृष्ट साबित कर चुकी है। लोहे की ढलाई कई प्रकार के पुर्जों, असेंबलियों और तंत्रों का आधार है, और कुछ मामलों में एक आत्मनिर्भर उत्पाद भी है जो इसे सौंपे गए कार्यों को करने में सक्षम है। इसलिए, इस लेख में हम इस लौह युक्त यौगिक पर पूरा ध्यान देंगे। हम यह भी जानेंगे कि कच्चा लोहा किस प्रकार का होता है, उनकी भौतिक और रासायनिक विशेषताएं।

परिभाषा

कच्चा लोहा वास्तव में लोहे और कार्बन का एक अनूठा मिश्र धातु है, जिसमें Fe 90% से अधिक है, और C 6.67% से अधिक नहीं है, लेकिन 2.14% से कम नहीं है। इसके अलावा, कार्बन सीमेंटाइट या ग्रेफाइट के रूप में कच्चा लोहा में हो सकता है।

कार्बन मिश्र धातु को पर्याप्त रूप से उच्च कठोरता देता है,हालांकि, साथ ही, यह लचीलापन और लचीलापन कम कर देता है। इसलिए, कच्चा लोहा एक भंगुर पदार्थ है। इसके अलावा, कास्ट आयरन के कुछ ग्रेड में विशेष एडिटिव्स जोड़े जाते हैं, जो यौगिक को कुछ गुण प्रदान करने में सक्षम होते हैं। मिश्र धातु तत्व निकल, क्रोमियम, वैनेडियम, एल्यूमीनियम हो सकते हैं। कच्चा लोहा का घनत्व सूचकांक 7200 किलोग्राम प्रति घन मीटर है। जिससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि कच्चा लोहा का वजन एक संकेतक है जिसे किसी भी तरह से छोटा नहीं कहा जा सकता है।

ऐतिहासिक जानकारी

पिग आयरन को गलाने के बारे में मनुष्य बहुत पहले से जानता है। मिश्र धातु का पहला उल्लेख छठी शताब्दी ईसा पूर्व का है।

चीन में प्राचीन काल में कच्चा लोहा किससे प्राप्त किया जाता था?बल्कि कम गलनांक। यूरोप में, 14वीं शताब्दी के आसपास कास्ट आयरन का उत्पादन शुरू हुआ, जब पहली बार ब्लास्ट फर्नेस का इस्तेमाल किया गया था। उस समय, इस तरह की लोहे की ढलाई का उपयोग हथियारों, गोले और निर्माण के लिए भागों के उत्पादन के लिए किया जाता था।

रूस में पिग आयरन का उत्पादन सक्रिय है16 वीं शताब्दी में शुरू हुआ और फिर तेजी से विस्तारित हुआ। पीटर I के समय में, रूसी साम्राज्य पिग आयरन उत्पादन के मामले में दुनिया के सभी राज्यों को बायपास करने में सक्षम था, लेकिन सौ साल बाद लौह धातु बाजार में फिर से जमीन खोना शुरू हो गया।

बनाने के लिए लोहे की ढलाई का उपयोग किया गया थामध्य युग में भी कला के विभिन्न कार्य। विशेष रूप से, 10वीं शताब्दी में, चीनी कारीगरों ने एक शेर की वास्तव में अनूठी आकृति डाली, जिसका वजन 100 टन से अधिक था। 15वीं शताब्दी के बाद से जर्मनी में, और फिर अन्य देशों में, ढलवां लोहे की ढलाई व्यापक हो गई है। इससे बाड़, जाली, पार्क की मूर्तियां, उद्यान फर्नीचर, मकबरे बनाए गए थे।

अठारहवीं शताब्दी के अंतिम वर्षों में, रूस की वास्तुकला में लोहे की ढलाई का यथासंभव उपयोग किया गया था। और 19वीं सदी को आम तौर पर "कच्चा लोहा युग" कहा जाता था, क्योंकि वास्तुकला में मिश्र धातु का बहुत सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता था।

विशेषताएं

कच्चा लोहा कई प्रकार का होता है, लेकिन औसतइस धात्विक यौगिक का गलनांक 1200 डिग्री सेल्सियस के क्रम में है। स्टील गलाने के लिए यह आंकड़ा आवश्यकता से 250-300 डिग्री कम है। यह अंतर अपेक्षाकृत उच्च कार्बन सामग्री के कारण है, जो आणविक स्तर पर लोहे के परमाणुओं के साथ इसके कम घनिष्ठ बंधन की ओर जाता है।

गलाने और बाद में क्रिस्टलीकरण के समयकच्चा लोहा में निहित कार्बन के पास लोहे की आणविक जाली में पूरी तरह से घुसने का समय नहीं होता है, और इसलिए कच्चा लोहा परिणामस्वरूप भंगुर हो जाता है। इसलिए, इसका उपयोग नहीं किया जाता है जहां स्थायी गतिशील भार मौजूद होते हैं। लेकिन साथ ही, यह उन हिस्सों के लिए उत्कृष्ट है जिनकी ताकत की आवश्यकताएं बढ़ गई हैं।

उत्पादन तकनीक

ब्लास्ट फर्नेस में बिल्कुल सभी प्रकार के कच्चा लोहा का उत्पादन किया जाता हैओवन दरअसल, गलाने की प्रक्रिया अपने आप में एक श्रमसाध्य गतिविधि है जिसके लिए गंभीर सामग्री निवेश की आवश्यकता होती है। एक टन पिग आयरन के लिए लगभग 550 किलोग्राम कोक और लगभग एक टन पानी की आवश्यकता होती है। भट्ठे में डाले जाने वाले अयस्क की मात्रा लोहे की मात्रा पर निर्भर करेगी। सबसे अधिक बार अयस्क का उपयोग किया जाता है, जिसमें लोहा 70% से कम नहीं होता है। किसी तत्व की कम सांद्रता अवांछनीय है क्योंकि इसका उपयोग करना आर्थिक रूप से लाभहीन होगा।

उत्पादन का पहला चरण

पिग आयरन का गलाना इस प्रकार है।सबसे पहले, अयस्क को भट्ठी में डाला जाता है, साथ ही कोकिंग कोल ग्रेड, जो भट्ठी के शाफ्ट के अंदर आवश्यक तापमान को इंजेक्ट करने और बनाए रखने का काम करते हैं। इसके अलावा, दहन प्रक्रिया में ये उत्पाद लोहे को कम करने वाले एजेंटों की भूमिका में चल रही रासायनिक प्रतिक्रियाओं में सक्रिय रूप से भाग लेते हैं।

समानांतर में, भट्टी में प्रवाहित किया जाता है, उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है। यह चट्टानों को तेजी से पिघलने में मदद करता है, जो तेजी से लोहे की रिहाई को बढ़ावा देता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि भट्ठी में लोड करने से पहले अयस्कविशेष प्रारंभिक प्रसंस्करण से गुजरता है। इसे क्रशिंग प्लांट में कुचला जाता है (छोटे कण तेजी से पिघलते हैं)। फिर इसे धातु मुक्त कणों को हटाने के लिए धोया जाता है। उसके बाद, कच्चे माल को निकाल दिया जाता है, इससे सल्फर और अन्य विदेशी तत्व निकल जाते हैं।

उत्पादन का दूसरा चरण

भरी हुई और उपयोग के लिए तैयार ओवन मेंविशेष बर्नर के माध्यम से प्राकृतिक गैस की आपूर्ति की जाती है। कोक कच्चे माल को गर्म करता है। यह कार्बन छोड़ता है, जो ऑक्सीजन के साथ मिलकर ऑक्साइड बनाता है। यह ऑक्साइड बाद में अयस्क से लोहे के अपचयन में भाग लेता है। ध्यान दें कि भट्ठी में गैस की मात्रा में वृद्धि के साथ, रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कम हो जाती है, और जब एक निश्चित अनुपात तक पहुंच जाता है, तो यह पूरी तरह से बंद हो जाता है।

अतिरिक्त कार्बन पिघल में प्रवेश करता है और प्रवेश करता हैलोहे के साथ बंधन, अंततः कच्चा लोहा बनाते हैं। वे सभी तत्व जो पिघले नहीं हैं वे सतह पर समाप्त हो जाते हैं और अंततः हटा दिए जाते हैं। इस कचरे को स्लैग कहा जाता है। इसका उपयोग अन्य सामग्री बनाने के लिए भी किया जा सकता है। इस तरह से प्राप्त होने वाले पिग आयरन को फाउंड्री और पिग आयरन कहा जाता है।

भेदभाव

कच्चा लोहा का आधुनिक वर्गीकरण इन मिश्र धातुओं को निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित करता है:

सफेद।
आधा।
लैमेलर ग्रेफाइट के साथ ग्रे।
उच्च शक्ति गांठदार ग्रेफाइट।
निंदनीय।

आइए प्रत्येक प्रजाति को अलग से देखें।

सफेद कच्चा लोहा

ऐसा कच्चा लोहा वह होता है जिसमेंवस्तुतः सभी कार्बन रासायनिक रूप से बंधित होते हैं। मैकेनिकल इंजीनियरिंग में, इस मिश्र धातु का उपयोग बहुत बार नहीं किया जाता है, क्योंकि यह कठोर है, लेकिन बहुत भंगुर है। यह विभिन्न कटिंग टूल्स के साथ मशीनिंग के लिए भी उधार नहीं देता है, और इसलिए इसका उपयोग उन भागों को कास्ट करने के लिए किया जाता है जिन्हें किसी भी प्रसंस्करण की आवश्यकता नहीं होती है। हालांकि इस प्रकार का कच्चा लोहा अपघर्षक पहियों के साथ पीसने की अनुमति देता है। सफेद कच्चा लोहा या तो साधारण या मिश्र धातु हो सकता है। उसी समय, वेल्डिंग यह कठिनाइयों का कारण बनता है, क्योंकि यह शीतलन या हीटिंग के दौरान विभिन्न दरारें बनाने के साथ-साथ वेल्डिंग बिंदु पर गठित संरचना की असमानता के कारण होता है।

पहनने के लिए प्रतिरोधी सफेद कच्चा लोहा किसके द्वारा प्राप्त किया जाता हैतेजी से ठंडा करने के दौरान तरल मिश्र धातु का प्राथमिक क्रिस्टलीकरण। वे अक्सर शुष्क घर्षण स्थितियों (उदाहरण के लिए, ब्रेक पैड) के तहत काम करने के लिए या बढ़ते पहनने और गर्मी प्रतिरोध (रोलिंग मिलों के रोल) के साथ भागों के उत्पादन के लिए उपयोग किए जाते हैं।

वैसे, सफेद कच्चा लोहा इसका नाम मिलाइस तथ्य के कारण कि इसके फ्रैक्चर की उपस्थिति एक हल्की क्रिस्टलीय, चमकदार सतह है। इस कास्ट आयरन की संरचना लेडब्यूराइट, पेर्लाइट और सेकेंडरी सीमेंटाइट का संयोजन है। यदि इस कच्चा लोहा को मिश्रधातु के अधीन किया जाता है, तो पर्लाइट को ट्रोस्टाइट, ऑस्टेनाइट या मार्टेंसाइट में बदल दिया जाता है।

आधा कच्चा लोहा

इस प्रकार के धातु मिश्र धातु का उल्लेख किए बिना कच्चा लोहा का वर्गीकरण अधूरा होगा।

निर्दिष्ट कच्चा लोहा एक संयोजन द्वारा विशेषता हैइसकी संरचना में कार्बाइड यूटेक्टिक और ग्रेफाइट। सामान्य तौर पर, पूर्ण संरचना इस प्रकार है: ग्रेफाइट, पर्लाइट, लेडबुराइट। यदि कच्चा लोहा गर्मी उपचार या मिश्र धातु के अधीन है, तो इससे ऑस्टेनाइट, मार्टेंसाइट या एसिकुलर ट्रोस्टाइट का निर्माण होगा।

इस प्रकार का कच्चा लोहा काफी नाजुक होता है, इसलिए इसका उपयोग बहुत सीमित होता है। मिश्र धातु को इसका नाम इसलिए मिला क्योंकि इसका टूटना क्रिस्टल संरचना के अंधेरे और हल्के वर्गों का संयोजन है।

सबसे आम इंजीनियरिंग सामग्री

ग्रे कास्ट आयरन GOST 1412-85 में लगभग 3.5% कार्बन, 1.9 से 2.5% सिलिकॉन, 0.8% मैंगनीज तक, 0.3% फॉस्फोरस तक और 0.12% से कम सल्फर होता है।

ऐसे कास्ट आयरन में ग्रेफाइट का लैमेलर आकार होता है। इसके लिए किसी विशेष संशोधन की आवश्यकता नहीं है।

ग्रेफाइट प्लेट्स अत्यधिक कमजोर होती हैंक्रिया और इसलिए ग्रे कास्ट आयरन को बहुत कम प्रभाव शक्ति और सापेक्ष बढ़ाव की लगभग पूर्ण अनुपस्थिति (सूचक 0.5% से कम है) की विशेषता है।

ग्रे कास्ट आयरन अच्छा काम करता है। मिश्र धातु संरचना इस प्रकार हो सकती है:

फेराइट-ग्रेफाइट।
फेराइट-पेर्लाइट-ग्रेफाइट।
पेर्लाइट-ग्रेफाइट।

ग्रे कास्ट आयरन संपीड़न के लिए बहुत बेहतर काम करता है,तन्यता के बजाय। यह काफी अच्छी तरह से वेल्ड भी करता है, लेकिन इसके लिए पहले से गरम करने की आवश्यकता होती है, और उच्च सिलिकॉन और कार्बन सामग्री के साथ विशेष कच्चा लोहा की छड़ें भराव सामग्री के रूप में उपयोग की जानी चाहिए। पहले से गरम किए बिना, वेल्डिंग मुश्किल होगी, क्योंकि सीवन क्षेत्र में कच्चा लोहा प्रक्षालित किया जाएगा।

ग्रे कास्ट आयरन से ऐसे हिस्से बनते हैं जो शॉक लोड (पुली, कवर, बेड) की अनुपस्थिति में काम करते हैं।

इस कच्चा लोहा का पदनाम निम्नलिखित सिद्धांत पर आधारित है: SCh 25-52। दो अक्षर संकेत करते हैं कि यह ग्रे कास्ट आयरन है, संख्या 25 अंतिम तन्यता ताकत का संकेतक है (एमपीए या केजीएफ / मिमी में)²), संख्या 52 झुकने के क्षण में परम शक्ति है।

नमनीय लोहे

गांठदार कच्चा लोहा मूल रूप से हैअपने अन्य "भाइयों" से इस मायने में भिन्न है कि इसमें गोलाकार ग्रेफाइट होता है। यह तरल मिश्र धातु में विशेष संशोधक (Mg, Ce) को पेश करके प्राप्त किया जाता है। ग्रेफाइट समावेशन की संख्या और उनके रैखिक आयाम भिन्न हो सकते हैं।

गांठदार ग्रेफाइट अच्छा क्यों है? तथ्य यह है कि यह आकार धातु के आधार को न्यूनतम रूप से कमजोर करता है, जो बदले में, पर्लाइट, फेरिटिक या पर्लाइट-फेरिटिक हो सकता है।

गर्मी उपचार या मिश्र धातु के उपयोग के कारण, कच्चा लोहा आधार एसिकुलर-ट्रोस्टाइट, मार्टेंसिटिक, ऑस्टेनिटिक हो सकता है।

तन्य लौह ग्रेड भिन्न होते हैं, लेकिन मेंसामान्य तौर पर, इसका पदनाम इस प्रकार है: एचएफ 40-5। यह अनुमान लगाना आसान है कि वीसीएच एक उच्च शक्ति वाला कच्चा लोहा है, संख्या 40 अंतिम तन्यता ताकत (किलोग्राम / मिमी) का संकेतक है।²), संख्या 5 - सापेक्ष बढ़ाव, प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया गया।

निंदनीय कच्चा लोहा

तन्य लोहे की संरचना की उपस्थिति हैयह परतदार या गोलाकार रूप में ग्रेफाइट है। इस मामले में, परतदार ग्रेफाइट में अलग-अलग फैलाव और कॉम्पैक्टनेस हो सकती है, जो बदले में कच्चा लोहा के यांत्रिक गुणों पर सीधा प्रभाव डालती है।

उद्योग में, निंदनीय लोहे का उत्पादन अक्सर फेरिटिक बेस के साथ किया जाता है, जो अधिक लचीलापन प्रदान करता है।

फेरिटिक डक्टाइल आयरन के फ्रैक्चर की उपस्थिति में काले मखमली रूप होते हैं। संरचना में पर्लाइट की मात्रा जितनी अधिक होगी, फ्रैक्चर उतना ही हल्का होगा।

सामान्य तौर पर, निंदनीय लोहा सफेद लोहे की ढलाई से प्राप्त होता है, जो भट्टियों में 800-950 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर लंबे समय तक उबालने के कारण होता है।

आज डक्टाइल आयरन बनाने की दो विधियाँ हैं: यूरोपीय और अमेरिकी।

अमेरिकी विधि में मिश्र धातु को 800-850 डिग्री के तापमान पर रेत में पिघलाना शामिल है। इस प्रक्रिया में, ग्रेफाइट शुद्धतम लोहे के दानों के बीच स्थित होता है। नतीजतन, कच्चा लोहा चिपचिपा हो जाता है।

यूरोपीय पद्धति में, ढलाई को लोहे में सुखाया जाता हैअयस्क तापमान लगभग 850-950 डिग्री सेल्सियस है। कार्बन को लौह अयस्क में परिवर्तित किया जाता है, जिसके कारण कास्टिंग की सतह परत डीकार्बराइज्ड और नरम हो जाती है। कच्चा लोहा निंदनीय हो जाता है और कोर भंगुर रहता है।

निंदनीय कच्चा लोहा अंकन: केसीएच 40-6, जहां केसीएच निश्चित रूप से निंदनीय कच्चा लोहा है; 40 - तन्य शक्ति सूचकांक; 6 - सापेक्ष बढ़ाव,%।