Ֆեռոհամաձուլվածքներ

Ֆեռոհամաձուլվածքներ, երկաթի և այլ տարրերի համաձուլվածքներ, որոնք հիմնականում կիրառում են պողպատի ապօքսիդացման և լեգիրման համար։

Պայմանականորեն ֆեռոհամաձուլվածքներ են համարում նաև խառնուկների ձևով երկաթ պարունակող համաձուլվածքները (օրինակ, սիլիկաալյումին, սիլիկակալցիում), բացի այդ նաև որոշ մաքուր մետաղներ և ոչ մետաղներ (մետաղական մանգան, մետաղական քրոմ, բյուրեղային սիլիցիում)։

Ստացում 
Ֆեռոհամաձուլվածքները ստանում են ֆլյուսի և վերականգնիչի հետ (սովորաբար ածխածին, սիլիցիում կամ ալյումին) հանքանյութի կամ վերջինիս խտանյութի հալումով։

Ֆեռոհամաձուլվածքների տեսականին շատ բազմազան է։ Առավել տարածված են 
ֆեռոսիլիցիումը (9-95% Si), 
ֆեռոքրոմը (մինչև 70% Cr), 
ֆեռոմանգանը (70-80% Mn),
 ֆեռովոլֆրամը (65-80% W), 
ֆեռոմոլիբդենը (մինչև 55% Mo), 
ֆեռովանադիումը (35-80% V), 
ֆեոոտիտանը (27-40% Ti),
 ֆեռոնիոբիումը (30-75% Nb),
ֆեռոբորը (5-20% B), 
ֆեոոֆոսֆորը (7-25% P)։ 
Երբեմն ստանում են մի քանի բաղադրիչներից բաղկացած բարդ ֆեռոհամաձուլվածքներ։

Ֆեռոհամաձուլվածքների արտադրությունը բնութագրում է արդի մետալուրգիական արդյունաբերության զարգացման ընդհանուր մակարդակը, մասնավորապես, լեգիրված պողպատի արտադրության վիճակը։ Մեծ էներգատարության պատճառով ֆեռոհամաձուլվածքների արտադրությունը հաճախ կապում են էժան էներգիայի
հզոր աղբյուրների հետ։

Արտադրության գործընթացներ 

Երկաթի համաձուլվածքները բաժանվում են պողպատների և չուգունների։

Պողպատներն, իրենց հերթին, ստորաբաժանվում են խմբերի՝ ըստ իրենց քիմիական բաղադրության և նշանակության, իսկ չուգունները՝ ըստ իրենց մեջ եղած ածխածնի վիճակի։ Ըստ քիմիական բաղադրության պողպատները բաժանվում են ածխածնային և լեգիրացված պողպատների։

Ածխածնային պողպատները երկաթի համաձուլվածքներն են ածխածնի հետ, ընդ որում վերջինիս պարունակությունը չի գերազանցում 2.14% :Բայց արդյունաբերության մեջ արտադրված մեջ արտադրված ածխածնային պողպատի մեջ միշտ լինում են շատ թվով էլեմենտների խառնուրդներ։ Խառնուրդներից մի քանիսի առկայությունը պայմանավորված է պողպատի արտադրության առանձնահատկություններով, օրինակ՝ ապաօքսիդացման ժամանակ պողպատի մեջ ներմուծվում են փոքր քանակությամբ մանգան կամ սիլիցիում, որոնք մասամբ անցնում են խարամ օքսիդների ձևով, իսկ մասամբ էլ մնում են պողպատի մեջ։ Մյուս խառնուրդների առկայությունը պայմանավորված է այն բանով, որ դրանք գտնվում են սկզբնական հանքանյութում և փոքր քանակությամբ անցնում են չուգունի և ապա պողպատի մեջ։ Դրանցից ամբողջապես ազատվելը դժվար է։ Այդ պատճառով, օրինակ՝ ածխածնային պողպատները սովորաբար պարունակում են 0,05-0,1% ֆոսֆոր և ծծումբ։

Դանդաղ սառեցրած ածխածնային պողպատի մեխանիկական հատկությունները խիստ կախված են նրանում ածխածնի պարունակությունից։ Դանդաղ սառեցրած պողպատը բաղկացած է ֆերիտից և ցեմենտիտից, ընդ որում ցեմենտիտի քանակը համեմատական է ածխածնի պարունակությանը։ Ցեմենտիտի կարծրությունը անհամեմատ ավելի բարձր է ֆերիտի կարծրությունից։ Այդ պատճառով պողպատի մեջ ծխածնի պարունակությունն ավելանալու ժամանակ նրա կարծրությունը բարձրանում է։ Բացի այդ, ցեմենտիտի մասնիկները դժվարացնում են դիսլոկացիաների շարժումը հիմանական ֆազում՝ ֆերիտում։ Այդ պատճառով ածխածնի քանակի ավելացումը իջեցնում է պողպատի պլաստիկությունը։

Ածխածնային պողպատը շատ լայն կիրառություն ունի։Նայած պողպատի նշանակության, կիրառվում է ածխածնի փոքր կամ ավելի բարձր պարունակությամբ պողպատ, առանց ջերմային մշակման կամ մխված և մխամեղմված։

Լեգիրած պողպատներ  
Պողպատի հատկությունները փոխելու համար որոշակի կոնցենտրացիայով նրա մեջ ներմուծված հատուկ էլեմենտները կոչվում են լեգիրող էլեմենտներ, իսկ այդ էլեմենտներ պարունակոց պողպատը կոչվում է լեգիրած պողպատ։ Կարևորագույն լեգիրող էլեմենտներ են քրոմը, նիկելը, մանգանը, սիլիցիումը, վանադիումը, մոլիբդենը։

Տարբեր լեգիրող էլեմենտներ տարբեր ձևով են փոխում պողպատի կառուցվածքն ու հատկությունները։ Այսպես, որոշ էլեմնետներ ɣ-երկաթի մեջ առաջացնում են պինադ լուծույթներ, որոնք կայուն են ջերմաստիճանների լայն շրջանում. Օրինակ՝ ɣ-երկաթի մեջ մանգանի կամ նիկելի պինդ լուծույթները, եթե այդ էլեմենտները զգալի չափով են պարունակվում, մշտակայուն են սենյակի ջերմաստիճանից մինչև հալման ջերմաստիճան։ Այդպիսի մետաղների հետ երկաթի համաձուլվածքները կոչվում են աուստենիտային պողպատներ կամ աուստենիտային համաձուլվածքներ։

Պողպատի հատկությունների վրա լեգիրող էլեմենտների ազդեցությունը պայմանավորված է նաև այն բանով, որ նրանցից մի քանիսը ածխածնի հետ առաջացնում են կարբիդներ, որոնք կարող են լինել պարզ, օրինակ՝ Mn3C, Cr7C3, ինչպես նաև բարդ օրինակ՝ (Fe,Cr)3C : Կարբիդների առկայությունը, հատկապես պողպատի կառուցվածքի մեջ դիսպերս ներխառնուրդների ձևով, մի շարք դեպքերում խիստ ազդում է նրա մեխանիկական և ֆիզիկա-քիմիական հատկությունների վրա։

Ըստ իրենց նշանակության պողպատները բաժանվում են՝ կոնստրուկցիոն, գործիքային և հատուկ հատկություններ ունեցող պողպատների։ Կոնստրուկցիոն պողպատները կիրառվում են մեքենաների դետալներ, կոնստրուկցիաներ և կառուցվածքներ պատրաստելու համար։ Որպես կոնստրուկցիոն պողպատ կարող են օգտագործվել ինչպես ածխածնային, այնպես էլ լեգիրած պողպատները։ Կոնստրուկցիոն պողպատներն ունեն բարձր ամրություն և պլաստիկություն։ Միևնույն ժամանակ նրանք պետք է լավ մշակվեն, կտրվեն, լավ եռակցվեն։ Կոնստրուկցիոն պողպատների հիմանակն լեգիրող էլեմենտներն են՝ (մոտավորապես 1%), նիկելը(1-4%) և մանգանը (1-1,5%)։
Գործիքային պողպատները ածխածնային և լեգիրած պողպատներ են, որոնք ունեն բարձր կարծրություն, ամրություն և մաշակայունություն։ Դրանք կիրառվում են կտրող և չափող գործիքներ, դրոշմոցներ պատրաստելու համար։ Անհրաժեշտ գործիքային պողպատների հիմնական լեգիրող էլեմենտն է քրոմը, երբեմն էլ նրանց մեջ ներմուծում են նաև վոլֆրամ և վանադիում։ Գործիքային պողպատների հատուկ խումբ է կազմում արագահատ պողպատը, որն իր հատող հատկությունները պահպանում է հատման մեծ արագությունների ժամանակ, որբ հատիչի աշխատող մասի ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև 600-700օC: Այս պողպատի հիմնական լեգիրող էլեմենտներ են քրոմը և վոլֆրամը։

Հատուկ հատկություններ ունեցող պողպատներ  
Այս խմբին են պատկանում չժանգոտվող, հրակայուն, ջերմամուր, մագնիսական և մի քանի այլ պողպատներ։

Չժանգոտվող պողպատները կոռոզիակայուն են մթնոլորտում,խոնավության և թթուների լուծույթների մեջ, իսկ հրակայուն պողպատները կոռոզիակայուն են բարձր ջերմաստիճանների պայմաններում, կոռոզիոն-ակտիվ միջավայրերում։ Ջերմամուր պողպատները լավ մեխանիկական հատկությունները պահպանում են մինչև բավական ջերմաստիճաններ տաքացնելը, որը կարևոր է գազային տուրբինների թիակներ, ռեակտիվ շարժիչների դետալներ և հրթիռային կայանքներ պատրաստելու համար։ Ջերմամուր պողպատների կարևորագույն լեգրիող էլեմենտներն են քրոմը (15-20%), նիկելը (8-15%), վոլֆրամը։ Ջերմամուր պողպատները պատկանում են աուստենիտայոին համաձուլվածքներին։

Մագնիսային պողպատները օգտագործվում են հաստատուն մագնիսներ և փոփոխական դաշտերում աշխատող մագնիսական սարքերի միջնաձողեր պատրաստել համար։ Հաստատուն մագնիսների համար կիրառում են բարձրածխածնային պողպատներ, որոնք լեգիրված են քրոմով կամ վոլֆրամով։ Դրանք լավ մագնիսանում են և երկարատև պահպանում են մնացորդային ինդուկցիան։ Մագնիսական սարքերի միջնաձողերը պատրաստում են ցածրածխածնային(0.005%-ից պակաս C) երկաթի և սիլիցիումի համաձուլվածքներից։ Այդ պողպատները հեշտությամբ վերամագնիսանում են և բնորոշվում են էլեկտրական կորուստների փոքր արժեքներով։

Լեգիրած պողպատների մակնիշը նշանակելու համար օգտագործվում է տառաթվային սիստեմ։ Յուրաքանչյուր լեգիրող էլեմենտ նշանակվում է տառով ՝ H-նիկել, X-քրոմ, Г- մանգան և այլն։ Նշման առաջին թվերը ցույց են տալիս պողպատի մեջ ածխածնի պարունակությունը (տոկոսի հարյուերորդ մասերով)։ Տառից հետո եկող թվանշանը ցույց է տալիս տվյալ էլեմենտի պարունակությունը(եթե նրա պարունակությունը 1% է կամ ավելի պակաս, թվանշան չի դրվում)։Օրինակ՝ 0.10-0.15% ածխածին և 1.3-1.7% մանգան պարունակող պողպատը նշանակվում է 12Г2: X18H9 մակնիշը ցույց է տալիս, որ պողպատը պարունակում է 18% քրոմ և 9% նիկել։

Չուգունը պողպատից տարբերվում է իր հատկություններվ։ Այն շատ փոքր չափով է ենթարկվում պլաստիկ դեֆորմացիայի (սովորական պայմաններում կռելի չէ), բայց ձուլման լավ հատկություններ ունի։ Չուգունը պողպատից էժան է։

Հեղուկ չուգունի բյորեղացման, ինչպես նաև աուստենիտի տրոհման ժամանակ, այս ֆազերում պարունակվող ածխածինը սովորաբար անջատվում է ցեմենտիտի ձևով։ Բայց քննարկվող պայմաններում ցեմենտիտը թերմոդինամիկորեն անկայուն է։ Նրա առաջացումը պայմանավորված է միայն այն բանով, որ նրա բյուրեղացման սաղմերը անհամեմատ հեշտ են գոյանում և պահանջում են ավելի փոքր դիֆուզիոն փոփոխություններ, քան գրաֆիտի սաղմերը։ Ուստի հեղուկ չուգունի դանդաղ սառեցման պայմաններում ածխածինը կարող է բյուրեղանալ ոչ թե ցեմենտիտի, այլ գրաֆիտի ձևով։ Գրաֆիտի առաջացումը խիստ հեշտանում է նաև հալված չուգունի մեջ խառնուրդների մանր մասնիկների առկայությամբ (հատկապես գրաֆիտի խառնուրդների)։

Այսպիսով, բյուրեղացման պայմաններից կախված, չուգունը կարող է ածխածին պարունակել ցեմենտիտի, գրաֆիտի կամ դրանց խառնուրդի ձևով։ Առաջացող գրաֆիտի ձևը նույնպես կարող է տարբեր լինել։

Սպիտակ չուգունը ողջ ածխածինը պարունակում է ցեմենտիտի ձևով։ Նա ունի բարձր կարծրություն, դյուրաբեկ է և այդ պատճառով սահմանափակ կիրառում ունի։ Հիմնականում այն հալվում է պողպատ ստանալու համար։

Գորշ չուգունի մեջ ածխածինը պարունակվում է գլխավորապես գրաֆիտի թերթիկների ձևով։ Գորշ չուգունը բնորոշվում է ձուլման բարձր հատկություններով (բյուրեղացման ցածր ջերմաստիճան, հոսունություն հեղուկ վիճակում, փոքր կծկում) և ձուլման համար հիմնական նյութ է ծառայում։ Նա լայնորեն կիրառվում է մեքենաշինության մեջ՝ հաստոցների և մեխանիզմների պատվանդաններ, մխոցներ, գլաններ ձուլելու համար։ Գորշ չուգունը ածխածնից բացի միշտ պարունակում է ուրիշ էլեմենտներ։ Դրանցից ամենակարևորներն են՝ սիլիցիումն ու մանգանը։ Գորշ չուգունի մակնիշների մեծ մասի մեջ ածխածնի պարունակությունն ընկած է 2,4 -3,8% -ի, սիլիցիումինը՝ 1-4% -ի և մանգանինը մինչև 1,4% -ի սահմաններում։

Բարձրամուր չուգունը ստացվում է հեղուկ չուգունի մեջ ավելացնելով որոշ էլեմենտներ, մասնավորապես մագնեզիում, որի ազդեցությամբ գրաֆիտը բյուրեղացման ժամանակ ընդունում է գնդի ձև։ Գնդաձև գրաֆիտը բարելավում է չուգունի մեխանիկական հատկությունները։ Բարձրամուր չուգունից պատրաստում են ծնկավոր լիսեռներ, գլանների կափարիչներ, գլոցահաստոնների դետալներ, գլանալիսեռներ, պոմպեր, կափույրներ։

Կռելի չուգունը ստացվում է սպիտակ չուգունի ձուլույթները երկարատև տաքացնելով։ Այն կիրառվում է հարվածային և թրթիռային բեռնվածքների տակ աշխատող դետալներ պատրաստելու համար(օրինակ՝ կարտերներ, ավտոմոբիլի ետևի կամրջակներ)։ Կռելի չուգունի պլաստիկությունն ու ամրությունը պայմանավորված է այն բանով, որ ածխածինը նրա մեջ գտնվում է փաթիլանման գրաֆիտի ձևով։

Գրականություն 
 Рысс М․ А․, Производство ферросплавов, М․, 1975; 
 Дуррер Р․, Фолькерт Г․, Металлургия ферросплавов, пер․ с нем․, М․, 1976․
 

Ֆեռոհամաձուլվածքներ