Карбид: формула, применение и свойства

Карбидный класс

Карбидный класс — сталь с высоким содержанием углерода и кар-бидообразующих элементов; в литом состоянии в ст-уктуре такой стали имеется карбидная эвтектика, в деформированном состоянии — первичные и вторичные карбиды. Типичным примером стали карбидного класса г. ожет служить быстрорежущая сталь.
 

Сталь карбидного класса применяется для изготовления инструмента. Вследствие высокого содержания углерода и очень большого количества карбидообразующих элементов в ее структуре присутствует много карбидов. В литом состоянии структура этой стали содержит карбидную эвтектику — ледебурит. Основная структура стали карбидного класса зависит от степени легированности аусте-нита, которая изменяется в зависимости от температуры нагрева. При низкой температуре нагрева, как только перейдена критическая точка, растворение карбидов замедляется, структура после охлаждения на воздухе получается сорбитообразной с большим количеством избыточных карбидов. Более высокий нагрев ведет к растворению карибдов и получению после охлаждения на воздухе мартенситной структуры.
 

Стали карбидного класса в своем большинстве относятся к инструментальным сталям.
 

К карбидному классу относятся стали Х12М, Р9, Р18 и др., содержащие большое количество углерода и карби-дообразующих элементов Cr, W, V и др. Для этого класса характерным является именно наличие карбидов, структура же основного фона может быть в зависимости от состава и температуры нагрева перлитной, мартенситной и аустенитной. Эти стали обладают высокой твердостью и износостойкостью. Применяются для изготовления режущего инструмента и штампов, работающих в тяжелых условиях.
 

Из стали карбидного класса изготовляют главным образом режущие инструменты.
 

Структура стали карбидного класса ( ледебурит) в зоне термического влияния.
 

Структура сталей карбидного класса в кованом и отожженном состоянии состоит кз сорбита или зернистого перлита, вторичных и ледебуритных карбидов ( см. фиг. Стали ледебуритного класса, подобно сталям перлитного класса, способны к фазовым превращениям и, следовательно, их можно подвергать закалке на мартенсит. Наличие в их структуре большого количества карбидов вносит некоторые особенности в обычную схему закалки. Эти особенности мы сейчас и рассмотрим.
 

К сталям карбидного класса относят стали мартенситного или аустенит-ного класса с карбидообразующими элементами ( хром, вольфрам и др.), благодаря чему в структуре металла наряду с мартенситом или аусте-нитом содержится значительное количество карбидов.
 

В сталях карбидного класса добавки УДП позволяют получать структуру, напоминающую булатную сталь. Прочность такой стали увеличивается на 15 20 %, а пластичность и ударная вязкость возрастают в 1 5 2 раза, что позволяет отливать кузнечно-прессовый инструмент с литой гравюрой, не уступающий по свойствам инструменту из кованого металла.
 

Наиболее типичными сталями карбидного класса являются быстрорежущие. Поэтому особенности термической обработки сталей карбидного класса мы и рассмотрим на примере быстрорежущих сталей, тем более, что они имеют и большой практический интерес.
 

Если легированную сталь карбидного класса подвергнуть ковке, то включения карбидов равномерно распределяются в основной металлической массе в виде глобулей. Сталь карбидного класса применяют главным образом для изготовления инструментов.
 

При ковке стали карбидного класса включения карбидов равномерно распределяются в основной металлической массе в виде глобу-лей.
 

Для поковок из стали карбидного класса, у которой требуется размельчение карбидов и их равномерное распределение по сечению, необходима большая уковка и чередование операций протяжки и осадки.
 

Ionic carbides

Salt-like, ionic carbides are formed by the following metals:

• group one metals (the alkali metals);
• group two metals (the alkaline earths);
• group three metals (scandium, yttrium, and lanthanum);
• group 11 metals (copper, silver, and gold);
• group 12 metals (zinc, cadmium, and mercury);
• only aluminum from group 13, (gallium, indium and thallium do not appear to form carbides);
• lanthanides, when forming MC₂ and M₂C₃ carbides (where M is the metal);
• actinides, when forming MC₂ and M₂C₃ carbides.

Most commonly, they are salts of C₂2− and are called acetylides, ethynides, acetylenediides, or (rarely) percarbides.
Some ionic carbides contain other anionic species, such as:

• C4−, sometimes called methanides (or methides) because they hydrolyze to give methane gas;
• C₃4− ion, sometimes called sesquicarbides, which hydrolyze to give methylacetylene.

The naming of ionic carbides is not consistent and can be quite confusing.

Acetylides

Acetylides contain the polyatomic ion C₂2−, in which there is a triple bond between the two carbon atoms (similar to acetylene). Examples are carbides of the alkali metals (such as Na₂C₂), some alkaline earths (such as CaC₂) and lanthanoids (such as LaC₂).

The C-C bond distance ranges from 109.2 picometers (pm) in CaC₂ (similar to acetylene), to 130.3 pm in LaC₂ and 134pm in UC₂.

Methanides

Methanides contain the monatomic ion C4−. Examples of methanides are Be₂C and Al₄C₃.

The C4− ion is a very strong base and will combine with four protons to form methane. The reaction may be written as follows:

C4− + 4H+ → CH₄

Methanides commonly react with water to form methane, but reactions with other substances are also common.

Sesquicarbides

The polyatomic ion C₃4− is found in, for instance, Li₄C₃ and Mg₂C₃. The ion is linear and isoelectronic with CO₂. The C-C distance in Mg₂C₃ is 133.2 pm. Hydrolysis of Mg₂C₃ yields methylacetylene (CH₃CCH), which was the first indication that it may contain C₃4−.

Covalent carbides

There are only two carbides that are considered completely covalent; they are formed with the two elements that are most similar to carbon in size and electronegativity, boron (B) and silicon (Si). Silicon carbide (SiC) is known as carborundum and is prepared by the reduction of silicon dioxide (SiO₂) with elemental carbon in an electric furnace. This material, like diamond, is extremely hard and is used industrially as an abrasive. It is chemically inert and has a diamond structure in which each silicon atom and each carbon atom are surrounded tetrahedrally by four atoms of the other type. Boron carbide (B₄C) has similar properties. It is also extremely hard and inert. It is prepared by the reduction of boron oxide (B₂O₃) with carbon in an electric furnace. In the structure of B₄C, the boron atoms occur in icosahedral groups of 12, and the carbon atoms occur in linear chains of three. Another boron carbide (BC₃), which has a graphitelike structure, is produced from the reaction of benzene (C₆H₆) and boron trichloride (BCl₃) at 800 °C (1,500 °F).

References

• Brown Jr., Theodore L., H. Eugene LeMay, Bruce Edward Bursten, and Julia R. Burdge. 2002. Chemistry: The Central Science. 9th ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.
• Chang, Raymond. 2006. Chemistry. 9th ed. New York, NY: McGraw-Hill Science/Engineering/Math.
• Cotton, F. Albert, and Geoffrey Wilkinson. 1980. Advanced Inorganic Chemistry. 4th ed. New York, NY: Wiley. ISBN 0-471-02775-8.
• Ettmayer, Peter, and Walter Lengauer. 1994. Carbides: transition metal solid state chemistry. In Encyclopedia of Inorganic Chemistry. Editor in chief R. Bruce King. Chichester, UK: Wiley. ISBN 0-471-93620-0.
• Greenwood, N.N., and A. Earnshaw. 1998. Chemistry of the Elements. 2nd ed. Oxford, U.K.; Burlington, MA: Butterworth-Heinemann, Elsevier Science. ISBN 0750633654. Online version available here Retrieved January 4, 2008.

Карбидный ил

Разлив карбидного ила по территории, где установлен генератор, а также слив его в канализацию или в водоемы неочищенных сточных вод категорически запрещается. В иле содержится растворимый в воде и адсорбированный на поверхности гашеной извести ацетилен, который постепенно выделяется в атмосферу. Кроме того, в иле всегда содержатся в некотором количестве куски неразложившегося карбида кальция, которые под воздействием воды, содержащейся в иле, атмосферных осадков и влаги воздуха разлагаются, выделяя добавочное количество ацетилена. Выделенного ацетилена может оказаться достаточно для образования взрывоопасной смеси с воздухом. Эта смесь может загореться на месте слива ила, а также, занесенная ветром, в производственных или жилых помещениях. Не менее опасно попадание ацетилена в воздушные компрессоры, в кислородные установки и др. В закрытых канализационных магистралях взрыв ацетилено-воздушной смеси может привести к значительным разрушениям.
 

Отвод карбидного ила в общую канализацию и водоемы сточных вод без применения специальных очистных устройств не допускается.
 

К карбидному илу иногда добавляют различные щелочеустойчивые пигменты ( краплак, ультрамарин) и, таким образом, не только белят, но и красят стены и потолки в различные цвета.
 

Для побелки карбидный ил применяется в виде разбавленного известкового молока. Побелка известью возможна как по затвердевшей, так и по сырой штукатурке.
 

Можно применять карбидный ил для заливки подпольных пространств и каналов в рабочих помещениях и лабораториях с целью удаления ртути и ее паров. Заливая полы кашицеобразным карбидным илом и удаляя его с последующей заливкой новым слоем ила толщиной в 10 — 15 см на продолжительный срок, можно добиться значительного снижения концентрации паров ртути.
 

При удалении карбидного ила из иловых ям вакуум-цистернами должен быть обеспечен свободный подъезд цистерн к отстойникам только задним ходом.
 

Для удаления карбидного ила из отстойников должны быть предусмотрены стационарные насосы. Допускается применение вакуумных автоцистерн, приспособленных для перекачки и транспортировки карбидного ила.
 

Для извлечения карбидного ила целесообразно применение водоструйного эжектора или автокрана с грейфером.
 

Учитывая способность карбидного ила удерживать ацетилен, следует перед ремонтом аппаратов с применением нагрева их частей тщательно и полностью удалять ил с поверхностей газообразова-телей или другой аппаратуры, во избежание опасности образования взрывчатых ацетилено-воздушных смесей.
 

Время отстаивания карбидного ила зависит от количества воды, затраченной на разложение карбида кальция. В воде, полученной при отстаивании ила, содержится растворенный ацетилен; кроме того, часть ацетилена адсорбируется мелкодисперсными частицами ила. При хранении ила количество содержащегося в нем ацетилена постепенно уменьшается. Потери ацетилена с карбидным илом являются основными при эксплуатации генераторов.
 

Карбид кальция и карбидный ил могут вызвать ожоги кожи и опасные ожоги глаз.
 

В случае применения карбидного ила с содержанием 10 % Са ( ОН) 2 продолжительность гидролиза по сравнению с гидролизом в чистой воде увеличивается незначительно. При применении карбидного ила с содержанием 20 % Са ( ОН) 2 при 17 С процесс гидро лиза резко замедляется вследствие заиливания кусков.
 

Подлежащую фильтрованию суспензию карбидного ила заливали в напорный бак, снабженный рубашкой для подогрева.
 

В случае перевозки карбидного ила автоцистерна Т-158 не должна комплектоваться взрывоопасным электросигнальным устройством для оповещения окончания заполнения. Наблюдать за наполнением можно через смотровое стекло, имеющееся в торцовом днище цистерны.
 

Применение карбида кальция

Как ранее было отмечено, карбид кальция встречается в самых различных областях промышленности, зачастую поставляют для проведения промышленного синтеза. Свойства карбида кальция и реакция, протекающая при его соединении с различными веществами, определяют использование вещества в нижеприведенных случаях:

1. Многие синтетически компоненты, входящих в состав современных материалов, производят на основе рассматриваемого компонента.
2. Применяется для получения цианамида кальция. Подобный компонент используется для получения различных химических удобрений. Именно поэтому сырье применяется для регулирования скорости роста растений.
3. Цианамид кальция также получают при соединении вещества с азотом.
4. В некоторых случаях проводится восстановление металлов щелочной группы.
5. Можно использовать рассматриваемое соединение в процессе газовой сварки.

При рассмотрении карбида кальция и области применения стоит учитывать, что подобное вещество чаще всего применяют для получения ацетилена. Подобный синтез карбида кальция разработал немецкий ученый. Среди особенностей подобного способа применения отметим следующие моменты:

1. Ацетилен из карбида получают при оказании воздействия водой на используемое сырье.
2. В результате прохождения химической реакции образуется требующийся газ, гашеная известь выпадает в осадок.
3. Стоит учитывать, что при смешивании компонентов выделяется большое количество тепла. Поэтому работа должна проводится с учетом техники безопасности.
4. В зависимости от вида применяемой технологии переработки сырья с 1 килограмма выходит около 290 литров газа.
5. Скорость протекания процедуры зависит от чистоты применяемого сырья, температуры и количества воды.

Получение ацетилена из карбида кальция

Как показывает практика, при использовании чистого карбида на протекание химической реакции отводится около 20 литров волы на 1 килограмм сырья. Подобное количество воды требуется для того чтобы снизить температуру реакции, за счет чего обеспечиваются оптимальные условия для работы.

Твердость.

Процесс абразивной обработки можно сравнить с процессом обтесывания (зубилом, долотом, стамеской), поскольку материал удаляется с обрабатываемого изделия силовым воздействием острых выступов абразива. Поэтому твердость абразива – очень важный параметр. Германский минералог Ф.Моос установил первую шкалу относительной твердости различных минералов в 1820. По шкале Мооса твердость минералов оценивается значениями от 1 до 10 относительно 10 эталонов, в том числе талька (1), кварца (7) и алмаза (10). Шкала Мооса неравномерна, так что, например, изменение твердости при переходе от эталона 9 к эталону 10 больше, чем при переходе от эталона 1 к эталону 9.

При оценке искусственных абразивов возникла необходимость расширить шкалу Мооса. Р.Риджуэй добавил несколько чисел к верхнему краю шкалы и изменил положение некоторых верхних чисел Мооса. К.Вудделл измерил степень, с какой различные минералы сопротивляются царапанью алмазом в контролируемых условиях и ввел соразмерные числа выше числа Мооса 9 (корунд). Числа твердости по Кнупу определяются по размеру отпечатка, создаваемому при вдавливании в материал алмазной пирамиды под воздействием определенной нагрузки (см. табл.).

Intermediate transition metal carbides

In these carbides, the transition metal ion is smaller than the critical 135 pm, and the structures are not interstitial but are more complex. Multiple stoichiometries are common. For example, iron forms a number of carbides: Fe₃C, Fe₇C₃, and Fe₂C. The best-known of these is cementite (Fe₃C), which is present in steels.

These carbides are more reactive than the interstitial carbides. For example, the carbides of Cr, Mn, Fe, Co, and Ni are all hydrolyzed by dilute acids and sometimes by water, to give a mixture of hydrogen and hydrocarbons. These compounds share features with both the inert interstitials and the more reactive, salt-like carbides.

Кремнезем.

Диоксид кремния SiO₂ используется в различных видах (кристаллический, стеклообразный) для придания изделиям формы и шлифования. Хотя разные виды кремнезема химически идентичны, они широко различаются по физическому состоянию, и поэтому каждый из них находит свое специфическое применение.

Диатомит, инфузорная земля, кизельгур и триполит состоят из кремнистых остатков окаменевших диатомовых водорослей. Они используются как мягкие абразивы в качестве компонентов полировальных порошков и паст, например пасты для чистки серебра.

Рухляк и трепел являются продуктами распада кремнистых известняков. Они также используются как компоненты чистящих и полировальных порошков и паст.

Дробленый кварц, кварцит, кремень, кремнистый сланец, песок и песчаник применяются в виде зерен как абразивы в обычной наждачной бумаге, а также для пескоструйной обработки и в чистящих пастах.

Недробленый песок с высоким содержанием кварца используется для пескоструйной обработки, а также для пилки и шлифовки мягкого камня, например мрамора.

Техника безопасности

Карбид для сварки относится к классу взрывоопасных веществ. Безопасное применение карбида обеспечивается учетом ряда условий:

• Ацетилен является легковоспламеняющимся газом, а сам сухой карбид также взрывоопасен, поэтому возле места проведения работ не должно быть источников открытого огня, даже таких незначительных, как зажигалки и зажженные сигареты.
• Запрещено использование карбида в гранулах до 2 мм или карбидной пыли, так как она растворяется очень быстро, что приводит к выделению большого количества газа. Из-за этого в генераторе образуется сверхвысокое давление и может произойти взрыв.
• Запрещена работа болгаркой или электросварочным аппаратом вблизи газосварочных работ и мест установки карбидных барабанов.
• Вещество должно храниться в сухом и герметичном месте, в котором нет водопроводов, канализационных труб и, тем более, газового оборудования.
• Карбидная пыль при попадании вызывает раздражение кожи, глаз, слизистых оболочек. Работа с этим веществом должна проходить с применением средств индивидуальной защиты – очков, перчаток и респиратора.
• При попадании карбида на кожу или в глаза его необходимо промыть большим количеством теплой воды, а затем аккуратно удалить остатки карбида пинцетом или влажным тампоном.
• При работе с карбидом в мастерской все сварочное оборудование должно быть размещено в отдельных частях помещения, система вентиляции помещения должна обеспечивать отвод горючих газов, а помещение должно быть освобождено от горючих материалов.

• Ацетиленовые генераторы запрещено устанавливать в подвальных помещениях и жилых зданиях.
• Перед запуском генератор следует осмотреть на предмет отсутствия видимых трещин и вмятин корпуса.
• Во время проведения работ генератор должен оставаться в вертикальном положении, манометр должен быть исправен и хорошо виден сварщику или его помощнику.
• По окончании работы оставшийся в генераторе раствор карбида должен быть выработан целиком, а образовавшаяся известь утилизирована.
• Повторное использование мокрых кусков карбида не допускается;
• Запрещено вскрывать генератор под давлением (во время продолжающейся реакции).
• Баллоны для ацетилена хранятся и перевозятся со специальными предохранительными колпаками на клапанах.

Если имеется необходимость в регулярном использовании оборудования для газовой сварки и резки, лучше купить профессиональное оборудование, изготовленное на промышленном предприятии. Применение самодельных генераторов чревато получением тяжелых травм и угрозой для жизни.

Примечания

1. ↑ Косолапова Т. Я. Карбиды. — Металлургия, 1968. — С. 300.
2. ↑ Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спечённых твёрдых сплавов. — Металлургия, 1976. — С. 24—268. — 528 с.
3. Тот Л. Карбиды и нитриды переходных металлов. — Мир, 1974. — С. 21—23. — 296 с.
4. Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 420—421. — 623 с. — 100 000 экз.
5. ↑ Самсонов Г. В. Физическое материаловедение карбидов. — Наукова думка, 1974. — С. 79—397. — 454 с.
6. Киффер Р., Бенезовский Ф. Твердые сплавы. — Металлургия, 1971. — С. 47. — 392 с.
7. ↑ Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения (справочник). — Металлургия, 1976. — С. 560.
8. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ. — Химия, 2000. — С. 330. — 480 с.
9. Литера H (нем. Hartkern) в обозначении германских боеприпасов ВМВ означает «с твёрдым металлокерамическим сердечником».
10. Так 20-мм БПС марки DM43 при стрельбе из пушки MK 20 RH 202 (начальная скорость 1100 м/с) на дальности 1000 м способен пробить 35 мм стальной брони при угле соударения 0°, но лишь 8 мм брони при угле 60°. Jane’s Infantry Weapons 1996—97, 456.
11. Дмитрий Сафин.  (недоступная ссылка). Компьюлента (15 октября 2010). — Подготовлено по материалам Wiley. Дата обращения 16 октября 2010.

Карбид — металл

Карбиды металлов — соединения углерода с металлами, получаемые обычно при высоких температурах.
 

Карбиды металлов — это соединения углерода с металлами, получаемые обычно при высоких температурах.
 

Карбиды металлов в основном можно разделить на три класса: 1) солеобразные, или ионные, карбиды электроположительных металлов; они имеют кристаллическую структуру, в которой раздельно расположены карбидный анион и катион металла; 2) тугоплавкие карбиды переходных металлов, которые часто называются промежуточным карбидами; они имеют металлическую природу, и атом углерода в структурах таких соединений участвует в образовании металлических связей; 3) ковалентные карбиды, например карбиды кремния и бора, в которых связи металл — углерод в основном гомополярны.
 

Карбиды металлов отнесены к элементорганическим соединениям.
 

Карбиды металлов — это соединения углерода с металлами, получаемые обычно при высоких температурах.
 

Карбиды металлов обладают различной способностью разлагаться кислотами. Некоторые из них ( МщС) легко разлагаются разбавленными кислотами. Цементит не растворяется в разбавленной серной кислоте ц отсутствии кислорода воздуха. На этом основано определение связанного углерода в стали.
 

Карбиды металлов, реагируя с водой, образуют ацетилен С2Н2 Са ( ОН) 2, реже метан ( например, АЦСз) или смеси различных углеводородов.
 

Карбиды металлов — соединения углерода с металлами, получаемые обычно при высоких температурах.
 

Карбиды металлов делятся на три группы: солепо-добные, карбиды внедрения и ковалентные карбиды.
 

Карбиды металлов V, VI и VII групп периодической системы элементов Д.И. Менделеева имеют малую стойкость в контакте с соответствующими жидкими металлами, поэтому карбидные слои на межфазной границе твердое тело — жидкость при взаимодействии жидкого металла с графитом не образуются. Тогда в стационарных условиях концентрация углерода в ламинарном слое должна быть равной пределу растворимости углерода в жидком металле при данной температуре, а процесс растворения будет состоять только из первой стадии.
 

Карбиды металлов ПА подгруппы МеС2 — термически устойчивые, взаимодействующие с водой соединения. Его получают сплавлением СаО с углем.
 

Карбиды металлов железной группы — в результате процесса анодной поляризации разлагаются с образованием высокодисперсных частиц углерода, образующих взвеси в растворе.
 

Некоторые карбиды металлов играют важную роль в технике. Так, карбиды вольфрама ( WC и W2C) в ряде случаев в сочетании с карбидами титана, тантала, хрома, ванадия, молибдена и др. являются основой мегаллокерамических твер дых сплавов и литых твердых сплавов типа стеллитов. Значительна также роль карбида железа и карбидов указанных выше металлов в улучшении свойств углеродистых и легированных сталей путем термической обработки.
 

Некоторые карбиды металлов или их комбинации являются самыми тугоплавкими из всех известных материалов. К сожалению, в недавно проведенных испытаниях прототипных двигателей карбиды металлов в чистом виде или нанесенные тем или иным способом на графитовую подложку педали результатов вследствие высоких скоростей эрозии и значительного термического растрескивания.