Сера. В чугунах допускается не более 0,1% серы, Сера является очень вредной примесью, т. к. она ухудшает жидкотекучесть материала, повышает его хрупкость и отбеливает чугуны.
Марганец. Содержание марганца в чугунах обычно 0,4 – 1,3%. Он повышает твердость материала, но в больших количествах также отбеливает чугуны.
Кремний. Содержание кремния в чугунах колеблется от 0,5 – 4,5%. Он способствует графитизации чугуна, соответственно при получении белого чугуна кремния должно быть не более 0,5%.
Литейные чугуны подразделяются на белые и серые. В сером чугунепрактически весь углерод находится в форме графитовых включений. Серые чугуны с содержанием углерода до 3,8% можно обрабатывать режущими инструментами. Серый чугун обладает хорошей жидкотекучестью (способностью проникать в малые пространства, не остывая). Он обладает малой усадкой при затвердевании; относительно дешевый.
С целью снижения хрупкости и соответственно повышения прочности и пластичности чугуны модифицируют, т. е. при выплавке вводят в расплав специальные добавки (магний, алюминий). Такие чугуны называют высокопрочными или модифицированными.
В настоящее время чугун все чаще заменяется другими материалами, тем не менее, некоторые виды посуды (утятницы, казаны, сковороды для тушения) пользуются спросом. Чугунная посуда толстостенная (литье), она равномерно прогревается и пища не пригорает.
Сталь – сплав железа с углеродом, с содержанием последнего менее 2,14%. По содержанию углерода различают, стали низкоуглеродистые (менее 0,25%), среднеуглеродистые (от 0,25 до 0,6%) и высокоуглеродистые (0,6 – 2,14%). По сравнению с чугуном сталь имеет более высокие физико-механические свойства, она характеризуется большей прочностью и пластичностью, ее можно ковать, прокатывать, обрабатывать резаньем, она обладает достаточной жидкотекучестью для получения изделий и деталей методом литья. Стали имеют достаточную упругость, гибкость, твердость, легкость, хорошие магнитные свойства, относительно высокую коррозионную устойчивость. Так же как в чугуне, в стали, кроме железа и углерода, присутствуют примеси. Основные: фосфор, сера, марганец, кремний, кислород. Примеси могут быть как полезными, так и вредными.
Фосфор в сталях (в отличие от чугунов) является вредной примесью. Фосфор резко снижает, пластичность стали. Содержание фосфора не должно превышать 0,05%.
Сера признается очень вредной примесью, ее содержание в сталях не должно превышать 0,05%. Из-за высокого содержания серы стали приобретают “красноломкость”, т. е. снижается их способность обрабатываться металлорежущим инструментом.
Марганец всталях является полезной примесью. Содержание марганца обычно 0,4 – 0,8%. Марганец повышает твердость, и прочность стали, устраняет вредное воздействие серы, т. е. снижает хрупкость и красноломкость. “Марганцевая сталь” (т. е. сталь с высоким содержанием марганца), не теряет своих свойств даже при эксплуатации в условиях повышенных температур.
Кремний. Содержание кремния в сталях колеблется от 0,1 до 0,5%.Кремний улучшает механические свойства, стали: прочность и твердость.
Кислород. Содержание кислорода в стали не должно превышать 0,05%. Он является вредной примесью – чем меньше в стали кислорода, тем она прочнее. Однако кислород очень тяжело удаляется.
К сталям с особыми свойствамиотносят в первую очередь нержавеющие стали. Основным легирующим элементом нержавеющих сталей является хром. При введении в сталь более 13% хрома сталь становится некоррозионной, однако при введении хрома более 20% резко возрастает ее хрупкость. Уменьшение концентрации углерода в хромистых сталях также способствует увеличению коррозионной стойкости. Основными марками являются 12Х18Н9Т, 04Х18Н10, 17Х18Н9. Данные сплавы используют для изготовления кухонной посуды (например, известная фирма “Цептер” для своей посуды использует хромоникелевые сплавы).
Алюминий – металл серебристо-белый, легкоплавкий (температура плавления – 659 °С), легкий (плотность – 2700 кг/М3). Обладает высокой электро- и теплопроводностью. Алюминий хорошо обрабатывается давлением в горячем и в холодном состоянии, хорошо полируется. Его отражательная способность близка к серебру (коэффициент отражения – порядка 90%). Алюминий имеет высокую коррозионную стойкость, а также стойкость к действию морской и пресной воды, аммиака, практически не взаимодействует с кислотами и пищевыми продуктами. Высокая химическая стойкость алюминия обусловлена образованием на поверхности металла тонкой защитной пленки оксида алюминия. Эта пленка предохраняет изделие из алюминия от разрушения и окисления.
Медь – металл красно-бурого цвета, легкоплавкий (температура плавления – 1083 °С). По электро- и теплопроводности медь уступает только серебру, но она значительно дешевле серебра. Очень пластична (уступает только золоту и серебру). При взаимодействии с пищевыми кислотами медь образует токсичные соединения, поэтому посуду из чистой меди изготавливать нельзя. Однако в ассортименте товаров имеются медные тазы для варенья. Это связано с тем, что сахар тормозит процесс окисления меди и препятствует образованию токсичных веществ. Кроме того, традиционно восточные турки для варки кофе изготовляют из меди. Такая посуда безвредна только в течение определенного срока эксплуатации (пока не образуется патина).
Свойства меди сильно изменяются даже при наличии небольшого количества примесей. Основные примеси: свинец, мышьяк, фосфор, железо, серебро, цинк. Все эти примеси значительно снижают электропроводность.
Латунь – сплав меди с цинком, с содержанием последнего от 4 до 40%. Если латунь состоит только из меди и цинка, она называется двухкомпонентной. Латуни могут легироваться такими элементами, как марганец, железо, никель, кремний, свинец. Легированные латуни называют многокомпонентными. При введении в медь до 39% цинка повышается прочность и значительно увеличивается пластичность. При содержании цинка более 40% свойства латуни изменяются – резко возрастает хрупкость и снижается прочность. Латунь применяют при изготовлении изделий сложных форм: самоваров, посуды.
Нейзиальбер – сплав меди, никеля и цинка (никель – 13 – 17% цинк – 18 – 22%). Имеет серебристый цвет с синеватым отливом высокую плотность, прочность, твердость, коррозионную стой кость. Внешне изделия из нейзильбера очень похожи на серебряные. Сплав применяется для производства так называемой посеребренной посуды.
Никель. Металл серебристо-белого цвета, тяжелый (плотность 8900 кг/м3), достаточно пластичный, имеет высокую коррозионную стойкость, химическую стойкость к воде, воздуху и кислотам. Исключение составляют серосодержащие соединения. При взаимодействии с ними на поверхности металла образуются сульфиты и сульфаты (пленки зеленого и коричневого цвета). Чистый никель не токсичен, хорошо полируется, характерный металлический блеск сохраняется длительное время, поэтому используется в качестве защитно-декоративных покрытий посуды.
Цинк – металл светло-серого цвета с синеватым отливом, тяжелый (плотность – 7140 кг/м3). В цинке всегда присутствуют вредные примеси: свинец, мышьяк, сурьма, кадмий, от которых трудно избавиться. На воздухе покрывается оксидной пленкой, которая и предохраняет металл от коррозии. Более половины добываемого цинка используется в качестве защитно-декоративных покрытий стальных изделий, например, оцинкованная листовая сталь и оцинкованная посуда. Эта посуда предназначена для хранения продуктов, но не для приготовления пищи. Сейчас оцинкованные ведра, миски и лейки все более заменяются изделиями из пластмасс. Цинк применяют в качестве легирующих элементов многих сплавов, особенно медных (латунь, нейзильбер).
Олово – металл серебристо-белого цвета, тяжелый (плотность 7300 кг/м3), один из самых легкоплавких (232 °С). Олово устойчиво к действию большинства пищевыхпродуктов и не образует токсичных соединений, поэтому его широко применяют как защитное покрытие изделий из углеродистых конструкционных сталей, для лужения посуды и изготовления консервных банок. Правда, в последнее время олово стараются заменить другими материалами из-за его высокой стоимости.
Качество металлической посуды, т. е. совокупность их потребительских свойств, во многом зависит от свойств металлов и сплавов, применяемых при изготовлении изделий, а также от качеств технологических процессов, их полноты и последовательностипроведения.
Совокупность и последовательность технологических процессов и операций, при изготовлении металлической посуды может предусматривать:
1. Получение черновых изделий или деталей (заготовок);
2. Обработку заготовок (механическую, термическую, физико-химическую, химико-термическую);
3. Сборку изделий;
4. Нанесение защитно-декоративных покрытий;
5. Заключительную отделку;
6. Контроль качества готовых изделий.
Какие именно технологические операции будут произведены, зависит от вида изделия, а также общих и специфических требований, предъявляемых к нему (например, производство чугунной сковороды без ручек, будет включать в себя литье заготовки и обработку ее поверхности).
Метод литьяявляется самым распространенным способом изготовления металлической посуды. Его сущность заключается в том, что расплавленный металл, залитый в форму, застывает в ней и приобретает заданные очертания и размеры. Заготовки, полученные методом литья, называют отливками.В настоящее время отливки получают литьем в песчано-глинистые (земляные) формы и специальным литьем.
К специальным способам литья относятся:
- литье в металлические формы (кокильное литье);
- литье в оболочковые (скорлупчатые) формы;