Что такое битум, способы получения

Величина растяжимости является важным показателем качества битума, характеризующим его пластичность. Незначительное изменение величины этого показателя после прогрева также очень важно, так как свидетельствует о сохранении пластических свойств битума в процессе старения. Небольшое изменение температуры размягчения (Тразм.) после прогрева означает, что текучесть битумов после температурного воздействия практически не изменяется.

Примеры по предлагаемому изобретению имеют лучшие показатели в сравнении с прототипом не только по остаточной пенетрации, но и по температуре хрупкости после прогрева, которая характеризует морозоустойчивость асфальтобетонной смеси и по растяжимости после прогрева, которая обеспечивает прочность и водостойкость асфальтобетонной смеси.

Эксперименты, приведенные в примерах 13-14 проведены в неоптимальных условиях.

При повышении остаточного давления в вакуумной колонне снижается условная вязкость утяжеленного гудрона. Как отмечалось выше, скорость окисления менее вязких гудронов снижается в несколько раз. В низковязком гудроне в избыточном количестве присутствуют парафино-нафтеновые соединения. В случае превышения остаточного давления в вакуумной колонне свыше 30 мм рт.ст. невозможно получить вакуумный гудрон с условной вязкостью ВУ80 выше 70с, содержание ароматических соединений в котором достигало бы 35% мас., а содержание парафино-нафтеновых углеводородов не превышало бы 20% мас. (в этом случае их взаимное массовое соотношение равно 1,75 к 1,0). Экспериментально установлено, что понижение этого соотношения в гудроне менее 1,7 приводит после его окисления к получению битума марки 40/60 с растяжимостью при 25°C менее 100 см, то есть не соответствующего стандарту. Изменение температуры размягчения (Тразм.) после прогрева также оказывалось слишком высоким. В связи с тем, что ароматические углеводороды являются наиболее окисляемыми углеводородами, а их присутствие является необходимым для обеспечения функциональных свойств битума превышение остаточного давления в вакуумной колонне свыше 30 мм рт.ст. недопустимо. Обеспечение в указанных условиях достаточного содержания ароматических углеводородов позволяет снизить температуру окисления до 220-230°C. Ароматические углеводороды, являясь, как известно, наиболее легко окисляемыми углеводородными компонентами, в условиях более мягкого процесса окисления будут вступать в реакцию с наименьшей степенью превращения. Снижение остаточного давления ниже 20 мм рт.ст. нецелесообразно в связи с увеличением энергозатрат на создание вакуума.

Другим важным параметром, обеспечивающим получение качественного битума, является величина температуры в окислительной колонне. Превышение величины температуры свыше 230°C при условии, что окислению подвергается утяжеленный гудрон с условной вязкостью BУ80 выше 70с, полученный при величине остаточного давления в вакуумной колонне не свыше 30 мм рт.ст., приводит к увеличенной по сравнению с оптимальной величине степени превращения ароматических углеводородов как наиболее легко окисляемых. Как уже отмечалось ранее, окисленный битум марки 40/60 с недостаточным содержанием ароматических углеводородов обладает растяжимостью при 25°C менее 100 см, то есть не соответствует стандарту. Изменение температуры размягчения (Тразм.) после прогрева также оказывалось слишком высоким.

Снижение температуры в окислительной колонне ниже 220°C при условии, что окислению подвергается утяжеленный гудрон с условной вязкостью ВУ80 выше 70 с, полученный при величине остаточного давления в вакуумной колонне не свыше 30 мм рт.ст., приводит к увеличенной по сравнению с оптимальной величине массового соотношения ароматических соединений и парафино-нафтеновых углеводородов. Дело в том, что превышение этого соотношения выше 1,7 к 1,0 хотя и сопровождается увеличением растяжимости, но при этом повышает температуру хрупкости до неприемлемо высокого уровня.

При повышении массовой доли окисленного продукта по отношению к утяжеленному гудрону выше 90:10 (пример 13) величина глубины проникания иглы понижается до 38-0,1 мм, по этому параметру продукт не соответствует нормам ГОСТа (не менее 40·0,1 мм). Напротив, при понижении массовой доли окисленного продукта по отношению к утяжеленному гудрону очистки масел ниже 70:30 (пример 14) величина глубины проникания иглы повышается до 217. В результате по этому параметру продукт не соответствует нормам ГОСТа (не более 200·0,1 мм).

 

Способ получения битума, включающий вакуумную перегонку мазута с получением утяжеленного гудрона, окисление последнего с получением продукта, характеризующегося глубиной проникания иглы при 25°C 35-45·0,1 мм, отличающийся тем, что вакуумную перегонку мазута производят при остаточном давлении верха колонны 20-30 мм рт.ст. с дальнейшим разделением полученного утяжеленного гудрона на два потока, окисление части потока кислородом воздуха производят при температуре 220-230°C, компаундирование окисленного продукта со второй частью утяжеленного гудрона проводят в соотношении от 90:10 до 70:30 до получения продукта с глубиной проникания иглы при 25°C 40-200·0,1 мм.

 
 

  
 

 

Чугун: виды, свойства, применение.

Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний): меньше — сталь. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок.

Виды чугунов.

 Бе́лый чугу́н - вид чугуна, в котором углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. В структуре такого чугуна отсутствуют видимые включения графита и лишь незначительная его часть (0,03-0,30%) обнаруживается тонкими методами химического анализа или визуально при больших увеличениях. Основная металлическая масса белого чугуна состоит из цементитной эвтектики, вторичного и эвтектоидного цементита, а легированного белого чугуна - из сложных карбидов и легированного феррита.

 

 

 

 

 

Физико-механические свойства

Отливки белого чугуна обладают износостойкостью, относительной жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Наличие в части их сечения структуры, отличной от структуры белого чугуна, понижает эти свойства. Прочность белого чугуна снижается с увеличением содержания в нём углерода, а следовательно, и карбидов. Твёрдость белого чугуна возрастает с ростом доли карбидов в его структуре, а следовательно, и с увеличением содержания углерода.

Наивысшую твёрдость имеет белый чугун с мартенситной структурой основной металлической массы. Коагуляция карбидов резко снижает твёрдость чугуна.

При растворении в карбиде железа примесей и образовании сложных карбидов твёрдость их и белого чугуна повышается. По интенсивности влияния на твёрдость белого чугуна основные и легирующие элементы располагаются в следующей последовательности, начиная с углерода, определяющего количество карбидов и интенсивнее иных элементов увеличивающего твёрдость чугуна.

C - никель - P - Mn - Cr - Mo - V - Si - Al - Cu - Ti - S.

Действие никеля и марганца, а отчасти хрома и молибдена, обуславливается их влиянием на образование мартенситно - карбидной структуры и содержание их в количествах, соответствующих содержанию в чугуне углерода, обеспечивает максимальную твёрдость белого чугуна.

Особо высокий твёрдостью НВ 800-850 обладает чугун с содержанием 0,7-1,8% бора. Белый чугун является весьма ценным материалом для деталей, работающих в условиях амортизации при очень высоких удельных давлениях и преимущественно без смазки.

Прямая зависимость между износостойкостью и твёрдостью отсутствует; твёрдость не определяет износостойкость, но должна учитываться в совокупности со структурой чугуна. Лучшей износостойкостью обладает белый чугун с тонким строением основной металлической массы, в которой в виде отдельных мелких и равномерно распределённых включений или в виде тонкой сетки расположены карбиды, фосфиды и пр.

Структура основной металлической массы определяет и специальные свойства легированного чугуна - его коррозионную стойкость, жаропрочность, электросопротивление.

В зависимости от состава и концентрации легирующих элементов, основная металлическая масса легированного белого чугуна может быть карбидо - аустенитной, карбидо - перлитной и, помимо этого, содержать легированный феррит.

Основным легирующим элементом при этом является хром, связывающий углерод в карбиды хрома и сложные карбиды хрома и железа.

Твёрдые растворы этих карбидов обладают высоким электродным потенциалом, близким к потенциалу второй структурной составляющей основной металлической массы чугуна - хромистого феррита, а возникающие защитные окисные плёнки определяют повышенную коррозионную стойкость высокохромистого белого чугуна.

В присутствии хрома как дополнительного компонента существенно повышается температурная стойкость карбидов в связи со значительным замедлением диффузионных процессов при комплексном легировании.

Эти характерные особенности легированного белого чугуна определили области его использования в зависимости от структуры в качестве нержавеющего и магнитного чугуна и чугуна с высоким электросопротивлением.

Чугун серый — сплав железа с графитом, который присутствует в виде пластинчатого или волокнистого графита.

Чугун (Cast iron) - это

 

 

Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.

Кроме углерода, серый чугун всегда содержит в себе другие элементы. Важнейшие из них это кремний и марганец. В большинстве марок серого чугуна содержание углерода лежит в пределах 2,4-3,8 %, кремния 1-4 % и марганца до 1,4 %.

 

 

 

Ко́вкий чугу́н — условное название мягкого и вязкого чугуна, получаемого из белого чугуна отливкой и дальнейшей термической обработкой. Используется длительный отжиг, в результате которого происходит распад цементита с образованием графита, то есть процесс графитизации, и поэтому такой отжиг называют графитизирующим.

Ковкий чугун, как и серый, состоит из сталистой основы и содержит углерод в виде графита, однако графитовые включения в ковком чугуне иные, чем в обычном сером чугуне. Разница в том, что включения графита в ковком чугуне расположены в форме хлопьев, которые получаются при отжиге, и изолированны друг от друга, в результате чего металлическая основа менее разобщена, и чугун обладает некоторой вязкостью и пластичностью. Из-за своей хлопьевидной формы и способа получения (отжиг) графит в ковком чугуне часто называют углеродом отжига.

По составу белый чугун, подвергающийся отжигу на ковкий чугун, является доэвтектическим и имеет структуру ледебурит + цементит (вторичный) + перлит. Для получения структуры феррит + углерод отжига в процессе отжига должен быть разложен цементит ледебурита, вторичный цементит и цементит эвтектоидный, то есть входящий в перлит. Разложение цементита ледебурита и цементита вторичного (частично) происходит на первой стадии графитизации, которую проводят при температуре выше критической (950—1000 °С); разложение эвтектоидного цементита происходит на второй стадии графитизации, которую проводят путём выдержки при температуре ниже критической (740—720 °С), или при медленном охлаждении в интервале критических температур (760—720 °С).

 

Высокопрочный чугун — чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы.

Графит сфероидальной формы имеет меньшее отношение его поверхности к объему, что определяет наибольшую сплошность металлической основы, а, следовательно, и прочность чугуна. Структура металлической основы чугунов с шаровидным (сфероидальным) графитом такая же, как и в обычном сером чугуне, то есть, в зависимости от химического состава чугуна, скорости охлаждения (толщины стенки отливки) могут быть получены чугуны со следующей структурой: феррит + шаровидный графит (ферритный высокопрочный чугун), феррит + перлит + шаровидный графит (феррито-перлитный высокопрочный чугун), перлит + шаровидный графит (перлитный высокопрочный чугун).

Наиболее часто применяется для изготовления предметов торговли ответственного назначения в машиностроении, а также для производства высокопрочных труб (водоснабжение, водоотведение, газо-, нефте-проводы). Предмета торговли и трубы из Высокопрочного чугуна отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами.

Половинчатый чугун

В половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8 %) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

Классификация и свойства чугуна.

В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3-6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала.

В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером — в основном в виде графита.