«Неметаллические включения. Каучук.» Выполнил студент группы ЗЦТэ-201С Третьяков Кирилл Олегович Содержание: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Классификация неметаллических включений; Зарождение и рост неметаллических включений и пор; Виды неметаллических включений; Натуральный каучук, характеристики и свойства, состав; Типы и виды натурального каучука; Синтетический каучук, виды, его свойства, получение, производство и синтез; 7. Применение натурального и синтетического каучука. Неметаллические включения – это химические соединения и неметаллы, присутствующие в стали и других сплавах. Они являются продуктом химических реакций, физических воздействий и загрязнений, возникающих в процессе плавки и заливки. Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Их важнейшими физическими характеристиками являются эластичность (каучуки способны восстанавливать форму), электроизоляция, водо- и газонепроницаемость. Из каучуков путем вулканизации получают резины и эбониты. 1. Классификация неметаллических включений. • Эндогенные неметаллические включения. Эти включения формируются в результате взаимодействия кислорода, серы, фосфора, растворенных в стали, с раскислителями, десульфураторами или снижение растворимости элементов при переходе из жидкого в твердое состояние. Эти включения имеют мелкодисперсную форму. Одним из видов эндогенных неметаллических включений является оксиды – продукты взаимодействия растворенного в стали кислорода с другими элементами. Согласно общепринятой классификации оксидные эндогенные включения делятся на три группы: - первичные включения, образовавшиеся после ввода в сталь раскислителей; - вторичные включения, формируются в процессе охлаждения металла до температуры ликвидуса; - третичные включения, образующиеся при затвердевании жидких участков в двухфазной области. • Экзогенные неметаллические включения. Представляют собой продукты эрозии огнеупоров, частиц шлака, включений из ферросплавов, руды и так далее, не успевших сплыть на поверхность металла или раствориться. Эти включения имеют значительные размеры и сложный состав. Содержание экзогенных включений 15-20 % от всех включений. Неметаллические включения случайного характера попадают в сталь вследствие сложных физико-химических процессов, совершающихся на контактной поверхности кирпича и металла. Бесспорно, существуют следующие процессы: - механическое смывание твердых частичек, оказавшихся на поверхности каналов сифонных проводов, по которым протекает металл; - откалывание огнеупорных частичек с поверхности кирпича вследствие его резкого нагрева и аллотропических изменений происходящих в отдельных зернах керамики; - оплавление или, по крайней мере, размягчение кирпича под влиянием высокой температуры и отрывание этих частичек под воздействие истирающего воздействия струи металла; - ошлакование кирпича окислами. 2. Зарождение и рост неметаллических включений и пор. В случае зарождения новой фазы в гомогенной жидкости имеет место увеличение свободной энергии за счет увеличения межфазной поверхностной энергии на границе новая фаза – исходная жидкость. Изменение свободной энергии определятся уравнением: ΔF = kS σ, (1) где S – поверхность контакта новая фаза – исходная жидкость; k – коэффициент, учитывающий форму зародыша; σ – удельная межфазная энергия. В коллоидной химии различают два пути увеличения диспергированной фазы: - коалесценция – слияние нескольких отдельных образований в одно, с исчезновением поверхности раздела; - коагуляция – объединение отдельных мелких образований, при котором частично сохраняются поверхности раздела. 3. Виды неметаллических включений. • Оксиды Источниками оксидных включений в слитках является следующее: - первичные продукты раскисления стали, которые не успели всплыть в разливочном ковше; - окисляющиеся примеси, элементы раскислители; - продукты вторичного окисления стали и непрерывного обновления открытой поверхности металла в изложнице. Оксиды делятся на два вида: - простые окислы; - сложные окислы; Из простых окислов самые встречающиеся закись железа, закись марганца, в присутствие титана, алюминия, хрома, кремния в стали их окислы. Сложные окислы (группа шпинелей) по химическому составу очень разнообразна: насчитывают около 270 возможных разновидностей шпинелидов. • Сульфиды Сульфидные включения в слитке возникают вследствие ликвации серы, из затвердевающих кристаллов зоны двухфазного состояния в пограничный диффузионный слой и возможных продуктов обработки жидкой стали редкоземельными или другими модификаторами. Сульфиды в определенном виде и количестве имеются в стали почти всех сортов. Загрязненность сульфидными включениями один из главных факторов качества стали. Распределение неметаллических включений в слитке неразрывно связано с условиями кристаллизации отдельных зон и условиями развития конвективного перемешивания жидкой стали в нем. При этом различают следующие зоны распределения неметаллических включений: - наименьшее содержание включений в корковой зоне слитка, так как минимальная загрязненность и размер имеют те области слитка, которые кристаллизовались с большой скорость; - скопление неметаллических включений в конце зоны транскристаллизации объясняется снижением скорости кристаллизации и образованием широкого диффузионного слоя ликватов при одновременном замедлении конвективных потоков маточного расплава; - повышение неметаллических включений, как оксидов, так и сульфидов, в зоне V- образной ликвации, возникающей вследствие чередующегося во времени образования широких диффузионных пограничных зон ликватов с повышенной концентрацией неметаллических включений; - образование скоплений оксидных включений в донной части в конусе осаждения; - повышенное содержание и крупные размеры сульфидов в осевых, медленно затвердевающих объемах металла; - большое количество сульфидных включений в головной части слитка; - скопление сульфидов в зоне V- образной ликвации стали. В исследуемом слитке максимальную загрязненность по высоте имеет средняя часть слитка, уменьшаясь к донной и прибыльной частям (см. рисунок 1). У слитков небольшого сечения площадь поперечного сечения обратных восходящих потоков будет большой и неметаллические включения могут уносится в средний горизонт слитка. Рисунок 1 – Распределение оксидов по высоте слитка. По сечению исследуемого слитка оксидные включения уменьшаются от края слитка к его оси (см. рисунок 2), что вызвано особенностями конвективных потоков. Восходящие потоки, имеющие большие значения, будут уносить эти включения, а нисходящие потоки недостаточны для значительного перемещения включений. Рисунок 2 – Распределение оксидов по сечению слитка. По высоте слитка загрязненность сульфидными включениями уменьшается от донной части к прибыльной (см. рисунок 3). Рисунок 3 – Распределение сульфидов по высоте слитка. Во многих исследованиях содержание сульфидных включений, как правило, увеличивается от края слитка к оси. Так и в исследуемом слитке сохраняется такое распределение (см. рисунок 4). Рисунок 4 – Распределение сульфидов по сечению слитка. 4. Натуральный каучук, характеристики и свойства, состав. Каучук на 91-96 % состоит из полимера изопрена и имеет следующие характеристики и свойства: плотность 910-920 кг/м3, морозостойкость или температура стеклования 70 °C (т.е. он перестает быть пластичным и обретает некоторые качества, свойственные стеклу), теплоустойчивость до 200 °C. В большинстве жидкостей (вода, спирт, ацетон, жирные кислоты) не растворяется и в них не набухает. Набухая, постепенно растворяется в подобных себе веществах: бензине, бензоле, эфире, толуоле и других ароматических углеводородах. Сжатие натурального каучука сопровождается поглощением, растяжение – выделением тепла. 5. Типы и виды натурального каучука. Самым распространенным и ценным типом натурального каучука считается «смокед-шит», что означает копченый лист. Он изготавливается в виде достаточно прозрачных листов цвета янтаря с рифленой поверхностью. Меньше распространен тип называемый «светлый креп». Для его получения к латексу перед желатинированием добавляют для отбеливания бисульфит натрия. Листы этого типа каучука имеют кремовый оттенок, они непрозрачны. Меньше всего ценится тип, который называют «пара-каучук». Его добывают из дикорастущей гевеи кустарным способом. 6. Синтетический каучук, виды, его свойства, получение, производство и синтез. В XX веке с появлением автомобильной промышленности стал расти спрос на резину, значит и на каучук. Поэтому на каучук, получаемый из сока гевеи, появился дефицит. Встал вопрос получения синтетического каучука. В 1927 году советский ученый С.В. Лебедев получил первый синтетический дивиниловый каучук с помощью реакции полимеризации 1,3-бутадиена при помощи натриевого катализатора. Теперь он стал настолько популярным, что почти вытеснил собой натуральный каучук. Синтетический каучук разделяют на более чем 30 типов, которые образуют свыше 220 марок. Синтетическими каучуками общего назначения считаются: 1. бутадиеновый каучук, 2. изопреновый каучук, 3. бутадиен-стирольный каучук, 4. бутил-каучук, 5. этилен-пропиленовый каучук, 6. хлоропреновый (наирит) каучук и пр. Синтетическими каучукам специального назначения являются: 1. бутадиен-нитрильный каучук, 2. кремнийорганический каучук, 3. уретановый СКУ, 4. полисульфидный каучук, 5. фторосодержащий каучук, 6. метилвинилпиридиновый каучук, 7. силоксановый каучук и т.д. 7. Применение натурального и синтетического каучука. Основным применением и натурального, и синтетического каучука является производство резины. Резина является продуктом вулканизации каучука с наполнителем, в качестве которого выступает сажа. Вулканизация каучуку необходима по той причине, что каучук в чистом виде достаточно хрупкий и менее эластичный материал, чем вулканизированный. При вулканизации каучука происходит обработка смеси каучука и серы под воздействием температуры. Сутью вулканизации является процесс, при котором атомы серы присоединяются к нитевидным линейным молекулам каучука в местах двойных связей и как бы сшивают дисульфидными мостиками эти молекулы между собой, образуя при этом трехмерный сетчатый полимер. Заключение Контроль неметаллических включений является важной частью процесса производства материалов. Он позволяет обнаружить и устранить дефекты, что в свою очередь повышает качество и надежность продукции. Кроме того, контроль неметаллических включений позволяет соответствовать требованиям стандартов и нормативов, что важно для успешного внедрения материалов в различные отрасли промышленности.