Что называется сплавом железа с углеродом
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Что называется сплавом железа с углеродом

Сталь (сплав железа с углеродом)

Историческая справка. С. как материал, используемый человеком, имеет многовековую историю. Наиболее древний способ получения С. в тестообразном состоянии ‒ сыродутный процесс , в основе которого лежало восстановление железа из руд древесным углём в горнах (позднее в небольших шахтных печах). Для получения литой С. древние мастера применяли тигельную плавку ‒ расплавление мелких кусков С. и чугуна в огнеупорных тиглях. Тигельная С. характеризовалась весьма высоким качеством, но процесс был дорогим и малопроизводительным. Таким способом изготовляли, в частности, булат и его разновидность ‒ дамасскую сталь . Тигельный процесс просуществовал до начала 20 в. и был полностью вытеснен электроплавкой. В 14 в. возник кричный передел , заключавшийся в рафинировании предварительно полученного чугуна в т. н. кричном горне (двухстадийный процесс с получением чугуна и последующим переделом его в С. является основой и современных схем производства С.). В конце 18 в. начало применяться пудлингование , при котором, как и при кричном переделе, исходным материалом был чугун, а продуктом ‒ тестообразный металл ( крица ) качество металла при этом было выше, а сам процесс характеризовался более высокой производительностью. Пудлингование сыграло важную роль в развитии техники, однако обеспечить всё возраставшие потребности общества в С. не могло. Лишь с появлением во 2-й половине 19 в. бессемеровского процесса и мартеновского процесса (см. Мартеновское производство ), а затем и томасовского процесса стало возможным массовое производство литой С. В конце 19 в. начала применяться выплавка С. в электрических печах (см. Электросталеплавильное производство ). До середины 20 в. главенствующее положение среди способов производства С. занимал мартеновский процесс, на долю которого приходилось около 80% выплавляемой в мире С. В 50-х гг. был внедрён кислородно-конвертерный процесс , причём в последующие годы его роль резко возросла. Наряду с указанными способами массового производства С. развиваются более дорогие и менее производительные способы, позволяющие получать особо чистый металл высокого качества: вакуумная дуговая плавка (см. Дуговая вакуумная печь ), вакуумная индукционная плавка, электрошлаковый переплав , электроннолучевая плавка , плазменная плавка (см. Плазменная металлургия ).

Структура и свойства стали. К С. как важнейшему материалу современной техники предъявляются разнообразные требования, что обусловливает большое число марок С., отличающихся по химическому составу, структуре, свойствам. Основной компонент С. ‒ железо. Свойственный железу полиморфизм , т. е. способность кристаллической решётки менять своё строение при нагреве и охлаждении, присущ и С. Для чистого железа известны 2 кристаллические решётки ‒ кубическая объёмноцентрированная (a-железо, при более высоких температурах d-железо) и кубическая гранецентрированная (g-железо). Температуры перехода одной модификации железа в другую (910 °С и 1400 °С) называются критическими точками. Углерод и др. компоненты и примеси С. меняют положение критических точек на температурной шкале. Взаимодействие углерода с модификациями железа приводит к образованию т. н. твёрдых растворов . Растворимость углерода в a-железе весьма мала; этот раствор называется ферритом . В g-железе, существующем при высоких температурах, растворяется практически весь углерод, содержащийся в С. (предел растворимости углерода в g-железе 2,01%); образующийся раствор называется аустенитом . Содержание углерода в С. всегда превышает его растворимость в a-железе; избыточный углерод образует с железом химическое соединение ‒ карбид железа Fe 3 C, или цементит . Т. о., при комнатной температуре структура С. состоит из частиц феррита и цементита, присутствующих либо в виде отдельных включений (т. н. структурно-свободных феррита и цементита), либо в виде тонкой механической смеси, называемой перлитом . Общие сведения о температурных и концентрационных границах существования фаз (феррита, цементита, перлита и аустенита) даёт диаграмма состояния сплавов Fe ‒ С (см. Железоуглеродистые сплавы ).

Для феррита характерны относительно низкие прочность и твёрдость, но высокие пластичность и ударная вязкость. Цементит хрупок, но весьма твёрд и прочен. Перлит обладает ценным сочетанием прочности, твёрдости, пластичности и вязкости. Соотношение между этими фазами в структуре С. определяется главным образом содержанием в ней углерода; различные свойства этих фаз и обусловливают многообразие свойств С. Так, С., содержащая

0,1% С (в её структуре преобладает феррит), характеризуется большой пластичностью; С. этого типа используется для изготовления тонких листов, из которых штампуют части автомобильных кузовов и др. деталей сложной формы. С., в которой содержится

0,6% С, имеет обычно перлитную структуру; обладая повышенной твёрдостью и прочностью при достаточной пластичности и вязкости, такая С. служит, например, материалом для ж.-д. рельсов, колёс, осей. Если С. содержит около 1% С, в её структуре наряду с перлитом присутствуют частицы структурно-свободного цементита; эта С. в закалённом виде имеет высокую твёрдость и применяется для изготовления инструмента. Диапазон свойств С. расширяется с помощью легирования , а также термической обработки , химико-термической обработки , термомеханической обработки металла. Так, при закалке С. образуется метастабильная фаза мартенсит ‒ пересыщенный твёрдый раствор углерода в a-железе, характеризующийся высокой твёрдостью, но и большой хрупкостью; сочетая закалку с отпуском , можно придать С. требуемое сочетание твёрдости и пластичности.

Классификация сталей. В современной металлургии С. выплавляют главным образом из чугуна и стального лома. По типу сталеплавильного агрегата (кислородный конвертер, мартеновская печь, электрическая дуговая печь) С. называется кислородно-конвертерной, мартеновской или электросталью. Кроме того, различают металл, выплавленный в основной или кислой (по характеру футеровки) печи; С. при этом называется соответственно основной или кислой (например, кислая мартеновская С.).

По химическому составу С. делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с Fe и С содержит Mn (0,1‒1,0%) и Si (до 0,4%), а также вредные примеси ‒ S и Р; эти элементы попадают в С. в связи с технологией её изготовления (главным образом из шихтовых материалов). В зависимости от содержания С различают низкоуглеродистую (до 0,25% С), среднеуглеродистую (0,25‒0,6% С) и высокоуглеродистую (более 0,6% С) С. В состав легированных сталей , помимо указанных компонентов, входят т. н. легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, Nb, Zr, Со и др.), которые намеренно вводят в С. для улучшения её технологических и эксплуатационных характеристик или для придания ей особых свойств; легирующими элементами могут служить также Mn (при содержании более 1%) и Si (более 0,8%). По степени легирования (т. с. по суммарному содержанию легирующих элементов) различают низколегированные (менее 2,5%), среднелегированные (2,5‒10%) и высоколегированные (более 10%) С. Легированные С. часто называются по преобладающим в ней компонентам (например, вольфрамовая, высокохромистая, хромомолибденовая, хромомарганцевоникелевая, хромоникелемолибденованадиевая).

По назначению С. делят на следующие основные группы: конструкционные, инструментальные и С. с особыми свойствами. Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов и др. изделий. Конструкционные С. могут быть как углеродистыми (до 0,7% С), так и легированными (основные легирующие элементы ‒ Cr и Ni). Название конструкционной С. может отражать её непосредственное назначение (котельная, клапанная, рессорно-пружинная, судостроительная, орудийная, снарядная, броневая и т.д.). Инструментальные стали служат для изготовления резцов, фрез, штампов, калибров и др. режущего, ударно-штампового и мерительного инструмента. С. этой группы также могут быть углеродистыми (обычно 0,8‒1,3% С) или легированными (главным образом Cr, Mn, Si, W, Mo, V). Среди инструментальных С. широкое распространение получила быстрорежущая сталь . К С. с особыми физическим и химическим свойствами относятся электротехнические стали , нержавеющие стали , кислотостойкие, окалиностойкие, жаропрочные, С. для постоянных магнитов и др. Для многих С. этой группы характерно низкое содержание углерода и высокая степень легирования.

По качеству С. обычно подразделяют на обыкновенные (рядовые), качественные, высококачественные и особо высококачественные. Различие между ними заключается в количестве вредных примесей (S и Р) и неметаллических включений . Так, в некоторых С. обыкновенного качества допускается содержание S до 0,055‒0,06% и Р до 0,05‒0,07% (исключение составляет автоматная сталь , содержащая до 0,3% S и до 0,16% Р), в качественных ‒ не более 0,035% каждого из этих элементов, в высококачественных ‒ не более 0,025%, в особо высококачественных ‒ менее 0,015% S. Сера снижает механические свойства С., является причиной красноломкости , т. е. хрупкости в горячем состоянии, фосфор усиливает хладноломкость ‒ хрупкость при пониженных температурах.

По характеру застывания металла в изложнице различают спокойную, полуспокойную и кипящую С. Поведение металла при кристаллизации обусловлено степенью его раскисленности: чем полнее удалён из С. кислород, тем спокойнее протекает процесс затвердевания; при разливке малораскисленной С. в изложнице происходит бурное выделение пузырьков окиси углерода ‒ С. как бы «кипит». Полуспокойная С. занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей С. Каждый из этих видов металла имеет достоинства и недостатки; выбор технологии раскисления и разливки С. определяется её назначением и технико-экономическими показателями производства.

Маркировка сталей. Единой мировой системы маркировки С. не существует. В СССР проведена большая работа по унификации обозначений различных марок С., что нашло отражение в государственных стандартах и технических условиях. Марки углеродистой С. обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и номером (Ст0, Ст1, Ст2 и т.д.). Качественные углеродистые С. маркируются двузначными числами, показывающими среднее содержание С в сотых долях процента: 05, 08, 10, 25, 40 и т.д. Спокойную С. иногда дополнительно обозначают буквами сп, полуспокойную ‒ пс, кипящую ‒ кп (например, СтЗсп, Ст5пс, 08кп). Буква Г в марке С. указывает на повышенное содержание Mn (например, 14Г, 18Г). Автоматные С. маркируются буквой А (А12, А30 и т.д.), углеродистые инструментальные С. ‒ буквой У (У8, У10, У12 и т.д. ‒ здесь цифры означают содержание С. в десятых долях процента).

Обозначение марки легированной С. состоит из букв, указывающих, какие компоненты входят в её состав, и цифр, характеризующих их среднее содержание. В СССР приняты единые условные обозначения химического состава С.: алюминий ‒ Ю, бор ‒ Р, ванадий ‒ Ф, вольфрам ‒ В, кобальт ‒ К, кремний ‒ С, марганец ‒ Г, медь ‒ Д, молибден ‒ М, никель ‒ Н, ниобий ‒ Б, титан ‒ Т, углерод ‒ У, фосфор ‒ П, хром ‒ Х, цирконий ‒ Ц. Первые цифры марки обозначают среднее содержание С (в сотых долях процента для конструкционных С. и в десятых долях процента для инструментальных и нержавеющих С.); затем буквой указан легирующий элемент и цифрами, следующими за буквой,‒ его среднее содержание. Например, С. марки 3Х13 содержит 0,3% С и 13% Cr, С. марки 2X17H2 ‒ 0,2% С, 17% Cr и 2% Ni. При содержании легирующего элемента менее 1,5% цифры за соответствующей буквой не ставятся: так, С. марки 12ХН3А содержит менее 1,5% Cr. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что С. является высококачественной, буква Ш ‒ особо высококачественной. Обозначение марки некоторых легированных С. включает букву, указывающую на назначение С. (например, ШХ9 ‒ шарикоподшипниковая С. с 0,9‒1,2% Cr; Э3 ‒ электротехническая С. с 3% Si). С., проходящие промышленные испытания, часто маркируют буквами ЭИ или ЭП (завод «Электросталь»), ДИ (завод «Днепроспецсталь») или ЗИ (Златоустовский завод) с соответствующим очередным номером (ЭИ268). См. также Металлургия , Сталеплавильное производство .

Лит.: Сталеплавильное производство. Справочник, под ред. А. М. Самарина, т. 1‒2, М., 1964; Меськин В. C., Основы легирования стали, 2 изд., М., 1964; Гудремон Э., Специальные стали, пер. с нем., 2 изд., т. 1‒2, М., 1966; Дреге В., Сталь как конструкционный материал, пер. с нем., М., 1967; Гуляев А. П., Чистая сталь, М., 1975.

Сталь в искусстве. В средние века славились арабское оружие и доспехи из С. с плоскими узорами и надписями, выполненными гравированием или насечкой . Эти приёмы декорировки оружейники средневековой Европы дополнили чеканкой , наводкой и полировкой. С 16 в. в отделке часов, научных приборов и инструментов появляется устойчивая к коррозии зеркальная полировка, использование которой послужило стимулом для выпуска бытовых изделий из С. В 18 ‒ начале 19 вв. эстетические свойства С. наиболее ярко раскрылись в изделиях мастеров Тульского оружейного завода (мебель, зеркала, самовары, каминные экраны и т.п.). Как вид народного творчества известна с середины 19 в. златоустовская гравюра на С. В советском искусстве С. нашла применение в облицовке интерьеров, а также в скульптуре (В. И. Мухина, «Рабочий и колхозница», см. илл. ).

Лит.: Тульские «златокузнецы». [Альбом], Л., 1974.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Особенности сплава железа с углеродом

Классификация и химический состав чугунов. Буквенное обозначение легирующих элементов в сталях. Характеристика фазовых превращений в железоуглеродистых сплавах. Исследование процессов кристаллизации и обезуглероживания. Назначение термической обработки.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 08.06.2016
Размер файла 17,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Читать еще:  Как добывают медь

Особенности сплава железа с углеродом

Сплавы железа распространены в промышленности наиболее широко. Основные из них — сталь и чугун — представляют собой сплавы железа с углеродом. Для получения заданных свойств в сталь и чугун вводят легирующие элементы. Ниже будет рассмотрено строение и фазовые превращения в сплавах железо–углерод, а также фазы в сплавах железо с легирующими элементами.

Обычно сталью, а тем более чугуном, называют, сплавы железа с углеродом (более 2% С –чугун,, менее 2% С –сталь).

Однако в свете современной техники известны и в последнее время получили распространение сплавы на основе железа (с ними мы познакомимся ниже), в которых углерода очень мало и он является даже вредным элементом тем не менее такие сплавы также называются сталями.

Во избежание терминологической путаницы принято считать сплавы, в которых железа более 50 /о, сталями (чугунами) и не именовать их сплавами, а именовать сплавы, содержащие железа менее 50%. Научно это не строго, но технически четко.

Одним из наиболее распространенных материалов в машиностроении является чугун. Так же как и сталь, он представляет собой сплав железа с углеродом, но углерода в нем больше — от 2,5 до 4 /о.

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом и некоторыми другими присадками. Чугун — сплав железа с углеродом (более 2%) разделяют на нелегированный и легированный, содержащий хром, никель.

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,11% (2,14%). В этих сплавах обычно присутствует также кремний и некоторые количества марганца, серы н фосфора, а иногда и другие элементы, вводили как легирующие добавки и для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др.

Чугунами называются сплавы железа с углеродом, содержащие 2-4% С. Чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок, так как он обладает хорошими литейными свойствами, лучшими по сравнению со сталью. Область применения чугуна как конструкционного материала расширяется вследствие повышенных прочностных эксплуатационных свойств, а также в результате разработки чугунов новых марок со специальными физическими (износостойкости) и химическими свойствами (жаропрочности и жаростойкости) при повышенных температурах (600 – 1000°С).

Машиностроительные чугуны обладают хорошими литейными свойствами, обрабатываемостью, прочностью, малой чувствительностью к концентраторам напряжения.

Из чугуна, представляющего собой сплав железа с углеродом (2,14–6,67 %), в который входят также постоянные примеси — марганец, кремний, сера п фосфор, получают литые детали, подвергающиеся затем необходимой механической обработке.

В зависимости от содержания углерода и состояния, в котором углерод находится в чугуне (в свободном или химически связанном), различают чугуны серые и белые. сталь чугун железоуглеродистый сплав

Серый чугуне обладает пластичностью, но легко плавится и хорошо заполняет литейные формы. Он хорошо обрабатывается резанием и поэтому служит одним из основных материалов для изготовления деталей машин.

Чугун, как известно, — это сплав железа с углеродом при содержании углерода 2,14 % и более. В белом чугуне углерод входит в состав цементита химического соединения железа с углеродом. Такой чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью, и его применяют сравнительно редко. В чугуне других видов путем графитизации углерод частично или полностью переводят в свободное состояние — графит. Применяют также отбеленный чугун белый снаружи и графитизированный во внутренней части изделия.

Чугунами называются нековкие литейные сплавы железа с углеродом, содержащие более 2% углерода. Наибольшее распространение получили чугуны с содержанием углерода от 2,8 до 3,5%. В чугуне, так же как и в стали, содержатся кремний, марганец, сера и фосфор.

Чугун — это исходный продукт, получаемый выплавкой из руды, он является сплавом железа с углеродом, причем от содержания последнего зависят свойства чугуна. Кроме углерода в чугуне содержатся некоторые примеси сера, фосфор, кремний и др., попадающие в него из руд или занесенные при плавке.

Чугун делится на литейный, ковкий и передельный. Литейный чугун идет на получение отливок, ковкий чугунполучается, если отливки подвергнуть особой обработке, при которой часть углерода с поверхности выгорает.

Из ковкого чугуна вырабатывают арматуру и многие детали для разных отраслей промышленности. Передельный чугун идет на переработку в сталь.

Чугуном называются сплавы железа с углеродом, кремнием и некоторыми другими примесями (в зависимости от марки чугуна и назначения отливки). Содержание углерода в чугуне составляет более 2%. Чугуны обладают хорошими литейными свойствами и (за исключением белых чугунов) хорошо поддаются механической обработке.

Сталью называется группа сплавов железа с углеродом с содержанием последнего до 1,7% при содержании углерода свыше 1,7% сплав относится к группе чугунов.

Сталь — сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. По химическому составу сталь разделяют на углеродистую и легированную по назначению — конструкционную, инструментальную и специальную по качеству — обыкновенного качества, качественную, повышенного качества и высококачественную.

Сталью называется сплав железа с углеродом (до 2%), поддающийся ковке и неизбежными примесями марганца, кремния, серы, фосфора и других элементов. Обычные сорта стали, применяемые в машиностроении, содержат от 0,05 до 1,5% углерода.

По способу получения сталь разделяют на бессемеровскую, конверторную (с продувкой кислородом), мартеновскую, электросталь, тигельную и сталь, получаемую прямым восстановлением из обогащенной руды (окатышей). и тигельную.

Основным классификационным признаком является химический состав, который в своей массе не изменяется в зависимости от термической и других видов обработки, за исключением некоторого изменения поверхностных слоев при цементации, азотировании и других диффузионных процессах.

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом и другими элементами, условно обозначаемыми буквами

Основной продукцией черной металлургии является углеродистая сталь. Это сплав железа с углеродом, в котором углерода до 2,14%. Углеродистыми сталями называются сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,0% С.

Обычная углеродистая сталь, кроме основных элементов (железа и углерода), содержит еще 0,3 -0,7% Mn 0,2 – 0,4% Si 0,01 – 0,05% Р и 0,01 – 0,04% S. Фосфор и сера являются примесями. Марганец и кремний вводят в сталь при ее производстве, а фосс1юр и сера попадают в нее в процессе выплавки непосредственно из руд и являются вредными примесями.

Стали — это сплавы железа с углеродом и добавками других химических элементов, предназначенных для придания ей определенных свойств. По сравнению с другими материалами стали характеризуются высокой прочностью, пластичностью, хорошей обрабатываемостью.

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, а также различными присадками. В машиностроении наиболее широко применяются следующие сорта стали углеродистые стали обыкновенного качества углеродистые конструкционные стали качественные (ГОСТ 1050–74) низколегированные и легированные конструкционные стали (ГОСТ 4543–71).

Термообработка и фазовые превращения

Температуру проведения процессов термической обработки можно ориентировочно принимать по диаграмме сплавов железа с углеродом .

При нагреве в воздухе сплавы железа с углеродом подвергаются окислению, особенно быстрому при температурах выше 600 С, и покрываются продуктами коррозии.

Термообработка большинства сталей значительно улучшает их свойства. По составу стали разделяют на углеродистые и легированные. Углеродистые стали бывают обыкновенного качества (ГОСТ 380 — 71), конструкционные качественные (ГОСТ 1050 — 74).

Твердый раствор углерода в -у-железе. Предельная растворимость углерода в у железе 2% при 1130° С и 0,8% при 723 С. В чистых сплавах железа с углеродом и в низколегированной стали аустенит устойчив только при температурах выше Ах. Перлит – эвтектоид в сплавах железа с углеродом, состоит из феррита и цементита.

Каждому сплаву железа с углеродом соответствует точка на оси абсцисс диаграммы. Если через эту точку провести вертикальную прямую, то точки ее пересечения с линиями диаграммы дадут температуры, при которых происходят превращения в строении и состоянии сплава. Сплавы железа с углеродом, не содержащие эвтектики, относятся к сталям.

Превращения, происходящие в сплавах железа с углеродом, обратимы. Если структура эвтектоидной стали (0,8% С) при охлаждении ниже 723° С превращается из аустенита в перлит, то в процессе нагревания при 723° С произойдет обратное превращение — перлита в аустенит. В обратном порядке происходят при нагревании структурные превращения в до- и заэвтектоидных сталях.

Сплавы железа с углеродом и после окончания кристаллизации имеют указанную выше различную структуру. Относительное количество структурных составляющих в сплавах с различным содержанием углерода можно определить по диаграмме Fe-C. Однако фазовый состав всех сплавов одинаков при температурах 800), имеет сложную орторомбическую кристаллическую решетку, магнитен до 210° С (точка Л о). Будучи метастабильным соединением при длительном нагреве выше 540° С, цементит обнаруживает стремление к разложению.

При 1147° С и содержании 4,3% С образуется эвтектика (точка С на диаграмме), которая состоит из двух фаз аустенита и цементита такая смесь двух фаз называется ледебуритом.

Дюнвальд И Вагнер и Смит определили активность углерода в аустените путем исследования равновесий

Атомы углерода занимают междоузлия в решетке аустенита. Возрастание коэффициента активности 7с с увеличением концентрации углерода указывает на то, что энергия для конфигураций, при которых углеродные атомы находятся в соседних междоузлиях, превышает таковую для атомов углерода, отдаленных друг от друга.

Такое толкование может быть подтверждено тем, что в упорядоченной фазе Fe4N нет соседних междоузлий, занятых атомами азота. Однако для аустенита такое соседство атомов углерода не является строго запрещенным. Шайль провел детальный анализ равновесий в жидких и твердых сплавах железа с углеродом на базе статистической механики. Основные положения статьи Шайля требуют дальнейшего уточнения.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Классификация чугунов по составу и технологическим свойствам. Температуры эвтектического и эвтектоидного превращений. Процесс образования графита в сплавах железа с углеродом. Схема образования структур при графитизации. Специальные свойства чугунов.

презентация [7,7 M], добавлен 14.10.2013

Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны, как важнейшие металлические сплавы, их химический состав и основные компоненты. Фазы в железоуглеродистых сплавах. Свойства и использование цементита. Структурные составляющие в железоуглеродистых сплавах.

контрольная работа [347,8 K], добавлен 17.08.2009

Общая характеристика методов термической обработки как совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов. Схемы влияния легирующих элементов на полиморфизм железа. Разработка операций термической обработки детали.

курсовая работа [692,9 K], добавлен 14.01.2015

Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.

дипломная работа [492,5 K], добавлен 19.02.2011

Процентное содержание углерода и железа в сплаве чугуна. Классификация стали по химическому составу, назначению, качеству и степени раскисления. Примеры маркировки сталей. Расшифровка марок стали. Обозначение легирующих элементов, входящих в состав стали.

презентация [1,0 M], добавлен 19.05.2015

Изучение методики построения диаграмм состояния металлических сплавов. Исследование физических процессов и превращений, протекающих при кристаллизации сплавов. Виды термической обработки. Анализ влияния температуры на растворимость химических компонентов.

контрольная работа [4,4 M], добавлен 21.11.2013

Чугун – сплав железа с углеродом. Его распространение в промышленности. Классификация чугунов, его особенности, признаки, структура и свойства. Скорость охлаждения отливки. Характеристика серого, высокопрочного, легированного, белого и ковкого чугуна.

реферат [507,9 K], добавлен 03.08.2009

Общая характеристика легированных сталей и их специфические свойства: износостойкость, жаропрочность, прокаливаемость в крупных сечениях, кислотостойкость. Распределение легирующих элементов в сталях, зависимость механических свойств от их содержания.

контрольная работа [1,1 M], добавлен 17.08.2009

Характерные группы сплавов сталей при кристаллизации, их основные свойства, температуры плавления и кристаллизации. Твердофазные превращения в сталях. Построение кривой охлаждения и изменения микроструктуры при кристаллизации малоуглеродистой стали.

контрольная работа [229,7 K], добавлен 17.08.2009

Фазы в железоуглеродистых сплавах: аустенит, феррит, цементит. Структурные составляющие в сталях. Микроструктура стали и схема ее зарисовки. Схема строения перлита. Микроструктура углеродистых сталей после отжига. Состав и структура эвтектоидной стали.

реферат [960,5 K], добавлен 12.06.2012

Особенности сплава железа с углеродом

Классификация и химический состав чугунов. Буквенное обозначение легирующих элементов в сталях. Характеристика фазовых превращений в железоуглеродистых сплавах. Исследование процессов кристаллизации и обезуглероживания. Назначение термической обработки.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 08.06.2016
Размер файла 17,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Особенности сплава железа с углеродом

Сплавы железа распространены в промышленности наиболее широко. Основные из них — сталь и чугун — представляют собой сплавы железа с углеродом. Для получения заданных свойств в сталь и чугун вводят легирующие элементы. Ниже будет рассмотрено строение и фазовые превращения в сплавах железо–углерод, а также фазы в сплавах железо с легирующими элементами.

Обычно сталью, а тем более чугуном, называют, сплавы железа с углеродом (более 2% С –чугун,, менее 2% С –сталь).

Однако в свете современной техники известны и в последнее время получили распространение сплавы на основе железа (с ними мы познакомимся ниже), в которых углерода очень мало и он является даже вредным элементом тем не менее такие сплавы также называются сталями.

Читать еще:  Как расплавить серебро в домашних условиях

Во избежание терминологической путаницы принято считать сплавы, в которых железа более 50 /о, сталями (чугунами) и не именовать их сплавами, а именовать сплавы, содержащие железа менее 50%. Научно это не строго, но технически четко.

Одним из наиболее распространенных материалов в машиностроении является чугун. Так же как и сталь, он представляет собой сплав железа с углеродом, но углерода в нем больше — от 2,5 до 4 /о.

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом и некоторыми другими присадками. Чугун — сплав железа с углеродом (более 2%) разделяют на нелегированный и легированный, содержащий хром, никель.

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,11% (2,14%). В этих сплавах обычно присутствует также кремний и некоторые количества марганца, серы н фосфора, а иногда и другие элементы, вводили как легирующие добавки и для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др.

Чугунами называются сплавы железа с углеродом, содержащие 2-4% С. Чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок, так как он обладает хорошими литейными свойствами, лучшими по сравнению со сталью. Область применения чугуна как конструкционного материала расширяется вследствие повышенных прочностных эксплуатационных свойств, а также в результате разработки чугунов новых марок со специальными физическими (износостойкости) и химическими свойствами (жаропрочности и жаростойкости) при повышенных температурах (600 – 1000°С).

Машиностроительные чугуны обладают хорошими литейными свойствами, обрабатываемостью, прочностью, малой чувствительностью к концентраторам напряжения.

Из чугуна, представляющего собой сплав железа с углеродом (2,14–6,67 %), в который входят также постоянные примеси — марганец, кремний, сера п фосфор, получают литые детали, подвергающиеся затем необходимой механической обработке.

В зависимости от содержания углерода и состояния, в котором углерод находится в чугуне (в свободном или химически связанном), различают чугуны серые и белые. сталь чугун железоуглеродистый сплав

Серый чугуне обладает пластичностью, но легко плавится и хорошо заполняет литейные формы. Он хорошо обрабатывается резанием и поэтому служит одним из основных материалов для изготовления деталей машин.

Чугун, как известно, — это сплав железа с углеродом при содержании углерода 2,14 % и более. В белом чугуне углерод входит в состав цементита химического соединения железа с углеродом. Такой чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью, и его применяют сравнительно редко. В чугуне других видов путем графитизации углерод частично или полностью переводят в свободное состояние — графит. Применяют также отбеленный чугун белый снаружи и графитизированный во внутренней части изделия.

Чугунами называются нековкие литейные сплавы железа с углеродом, содержащие более 2% углерода. Наибольшее распространение получили чугуны с содержанием углерода от 2,8 до 3,5%. В чугуне, так же как и в стали, содержатся кремний, марганец, сера и фосфор.

Чугун — это исходный продукт, получаемый выплавкой из руды, он является сплавом железа с углеродом, причем от содержания последнего зависят свойства чугуна. Кроме углерода в чугуне содержатся некоторые примеси сера, фосфор, кремний и др., попадающие в него из руд или занесенные при плавке.

Чугун делится на литейный, ковкий и передельный. Литейный чугун идет на получение отливок, ковкий чугунполучается, если отливки подвергнуть особой обработке, при которой часть углерода с поверхности выгорает.

Из ковкого чугуна вырабатывают арматуру и многие детали для разных отраслей промышленности. Передельный чугун идет на переработку в сталь.

Чугуном называются сплавы железа с углеродом, кремнием и некоторыми другими примесями (в зависимости от марки чугуна и назначения отливки). Содержание углерода в чугуне составляет более 2%. Чугуны обладают хорошими литейными свойствами и (за исключением белых чугунов) хорошо поддаются механической обработке.

Сталью называется группа сплавов железа с углеродом с содержанием последнего до 1,7% при содержании углерода свыше 1,7% сплав относится к группе чугунов.

Сталь — сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. По химическому составу сталь разделяют на углеродистую и легированную по назначению — конструкционную, инструментальную и специальную по качеству — обыкновенного качества, качественную, повышенного качества и высококачественную.

Сталью называется сплав железа с углеродом (до 2%), поддающийся ковке и неизбежными примесями марганца, кремния, серы, фосфора и других элементов. Обычные сорта стали, применяемые в машиностроении, содержат от 0,05 до 1,5% углерода.

По способу получения сталь разделяют на бессемеровскую, конверторную (с продувкой кислородом), мартеновскую, электросталь, тигельную и сталь, получаемую прямым восстановлением из обогащенной руды (окатышей). и тигельную.

Основным классификационным признаком является химический состав, который в своей массе не изменяется в зависимости от термической и других видов обработки, за исключением некоторого изменения поверхностных слоев при цементации, азотировании и других диффузионных процессах.

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом и другими элементами, условно обозначаемыми буквами

Основной продукцией черной металлургии является углеродистая сталь. Это сплав железа с углеродом, в котором углерода до 2,14%. Углеродистыми сталями называются сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,0% С.

Обычная углеродистая сталь, кроме основных элементов (железа и углерода), содержит еще 0,3 -0,7% Mn 0,2 – 0,4% Si 0,01 – 0,05% Р и 0,01 – 0,04% S. Фосфор и сера являются примесями. Марганец и кремний вводят в сталь при ее производстве, а фосс1юр и сера попадают в нее в процессе выплавки непосредственно из руд и являются вредными примесями.

Стали — это сплавы железа с углеродом и добавками других химических элементов, предназначенных для придания ей определенных свойств. По сравнению с другими материалами стали характеризуются высокой прочностью, пластичностью, хорошей обрабатываемостью.

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, а также различными присадками. В машиностроении наиболее широко применяются следующие сорта стали углеродистые стали обыкновенного качества углеродистые конструкционные стали качественные (ГОСТ 1050–74) низколегированные и легированные конструкционные стали (ГОСТ 4543–71).

Термообработка и фазовые превращения

Температуру проведения процессов термической обработки можно ориентировочно принимать по диаграмме сплавов железа с углеродом .

При нагреве в воздухе сплавы железа с углеродом подвергаются окислению, особенно быстрому при температурах выше 600 С, и покрываются продуктами коррозии.

Термообработка большинства сталей значительно улучшает их свойства. По составу стали разделяют на углеродистые и легированные. Углеродистые стали бывают обыкновенного качества (ГОСТ 380 — 71), конструкционные качественные (ГОСТ 1050 — 74).

Твердый раствор углерода в -у-железе. Предельная растворимость углерода в у железе 2% при 1130° С и 0,8% при 723 С. В чистых сплавах железа с углеродом и в низколегированной стали аустенит устойчив только при температурах выше Ах. Перлит – эвтектоид в сплавах железа с углеродом, состоит из феррита и цементита.

Каждому сплаву железа с углеродом соответствует точка на оси абсцисс диаграммы. Если через эту точку провести вертикальную прямую, то точки ее пересечения с линиями диаграммы дадут температуры, при которых происходят превращения в строении и состоянии сплава. Сплавы железа с углеродом, не содержащие эвтектики, относятся к сталям.

Превращения, происходящие в сплавах железа с углеродом, обратимы. Если структура эвтектоидной стали (0,8% С) при охлаждении ниже 723° С превращается из аустенита в перлит, то в процессе нагревания при 723° С произойдет обратное превращение — перлита в аустенит. В обратном порядке происходят при нагревании структурные превращения в до- и заэвтектоидных сталях.

Сплавы железа с углеродом и после окончания кристаллизации имеют указанную выше различную структуру. Относительное количество структурных составляющих в сплавах с различным содержанием углерода можно определить по диаграмме Fe-C. Однако фазовый состав всех сплавов одинаков при температурах 800), имеет сложную орторомбическую кристаллическую решетку, магнитен до 210° С (точка Л о). Будучи метастабильным соединением при длительном нагреве выше 540° С, цементит обнаруживает стремление к разложению.

При 1147° С и содержании 4,3% С образуется эвтектика (точка С на диаграмме), которая состоит из двух фаз аустенита и цементита такая смесь двух фаз называется ледебуритом.

Дюнвальд И Вагнер и Смит определили активность углерода в аустените путем исследования равновесий

Атомы углерода занимают междоузлия в решетке аустенита. Возрастание коэффициента активности 7с с увеличением концентрации углерода указывает на то, что энергия для конфигураций, при которых углеродные атомы находятся в соседних междоузлиях, превышает таковую для атомов углерода, отдаленных друг от друга.

Такое толкование может быть подтверждено тем, что в упорядоченной фазе Fe4N нет соседних междоузлий, занятых атомами азота. Однако для аустенита такое соседство атомов углерода не является строго запрещенным. Шайль провел детальный анализ равновесий в жидких и твердых сплавах железа с углеродом на базе статистической механики. Основные положения статьи Шайля требуют дальнейшего уточнения.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Классификация чугунов по составу и технологическим свойствам. Температуры эвтектического и эвтектоидного превращений. Процесс образования графита в сплавах железа с углеродом. Схема образования структур при графитизации. Специальные свойства чугунов.

презентация [7,7 M], добавлен 14.10.2013

Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны, как важнейшие металлические сплавы, их химический состав и основные компоненты. Фазы в железоуглеродистых сплавах. Свойства и использование цементита. Структурные составляющие в железоуглеродистых сплавах.

контрольная работа [347,8 K], добавлен 17.08.2009

Общая характеристика методов термической обработки как совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов. Схемы влияния легирующих элементов на полиморфизм железа. Разработка операций термической обработки детали.

курсовая работа [692,9 K], добавлен 14.01.2015

Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.

дипломная работа [492,5 K], добавлен 19.02.2011

Процентное содержание углерода и железа в сплаве чугуна. Классификация стали по химическому составу, назначению, качеству и степени раскисления. Примеры маркировки сталей. Расшифровка марок стали. Обозначение легирующих элементов, входящих в состав стали.

презентация [1,0 M], добавлен 19.05.2015

Изучение методики построения диаграмм состояния металлических сплавов. Исследование физических процессов и превращений, протекающих при кристаллизации сплавов. Виды термической обработки. Анализ влияния температуры на растворимость химических компонентов.

контрольная работа [4,4 M], добавлен 21.11.2013

Чугун – сплав железа с углеродом. Его распространение в промышленности. Классификация чугунов, его особенности, признаки, структура и свойства. Скорость охлаждения отливки. Характеристика серого, высокопрочного, легированного, белого и ковкого чугуна.

реферат [507,9 K], добавлен 03.08.2009

Общая характеристика легированных сталей и их специфические свойства: износостойкость, жаропрочность, прокаливаемость в крупных сечениях, кислотостойкость. Распределение легирующих элементов в сталях, зависимость механических свойств от их содержания.

контрольная работа [1,1 M], добавлен 17.08.2009

Характерные группы сплавов сталей при кристаллизации, их основные свойства, температуры плавления и кристаллизации. Твердофазные превращения в сталях. Построение кривой охлаждения и изменения микроструктуры при кристаллизации малоуглеродистой стали.

контрольная работа [229,7 K], добавлен 17.08.2009

Фазы в железоуглеродистых сплавах: аустенит, феррит, цементит. Структурные составляющие в сталях. Микроструктура стали и схема ее зарисовки. Схема строения перлита. Микроструктура углеродистых сталей после отжига. Состав и структура эвтектоидной стали.

реферат [960,5 K], добавлен 12.06.2012

Диаграмма состояния сплавов железо-углерод

Современную промышленность сложно представить без использования различного вида металлических сплавов, в том числе и стальных. Разработкой их составов занимаются ученые – металлурги в разных странах, но для прогнозирования свойств будущих сплавов, большая часть специалистов руководствуется диаграммой железо – углерод. Она дает четкое представление о том, как устроено большинство стальных сплавов и чугунов.

Диаграмма содержит в себе некоторое количество линий и критичных точек, обозначающих состояние расплава при определенном нагреве.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Различные комбинации этих элементов приводят к получению большого количества сплавов, которые можно разделить на три большие группы:

К техническому железу относят материалы, в которых содержится менее 0,02% углерода. К сталям относят, материалы, в которых углерод находится в пределах от 0,02 до 2,14%. И в группу чугунов входят материалы, количество углерода в которых превышает 2,14%.

Компоненты в системе железо углерод

Аустенит

Атомы размещается в гранецентрированной ячейке. Твердость аустенита имеет твердость 200 … 250 единиц по Бринеллю. Кроме того у него хорошая пластичность и он отличается парамагнитностью.

Железо

Железо – это материал, относящийся к металлам. Его натуральный цвет – серебристо-серый. В чистом виде он очень пластичен. Его удельный вес составляет 7,86 г/куб. см. Температура плавления составляет 1539 °C. На практике чаще всего применяют техническое железо, в составе которого присутствуют следующие примеси – марганец, кремний и многие другие. Массовая доля примесей не превышает 0,1%.

У железа есть такое свойство как полиформизм. То есть, при одном и том же химическом составе, это вещество может иметь разную структуру кристаллической решетки и соответственно разные свойства. Модификации железа называют соответственно – Б, Г, Д. Все эти модификации существуют при разных условиях. Например, тип Б, может существовать только при температуре 911 °С. Тип Г может существовать в диапазоне от 911 до 1392 °С. Тип Д существует в диапазоне от 1392 до 1539 °С.

Читать еще:  Что такое лом цветных металлов

Каждый из типов обладает своей формой кристаллической решеткой, например, у типа Б решетка представляет собой куб, решетка типа Г имеет гранецентрированную кубическую форму. Решетка типа Д, имеет форму объемно центрированного куба.

Еще одно свойство состоит в том, что при температуре ниже 768 железо ферримагнитно, а при ее повышении это свойство теряется.

Точки полиморфной и магнитной трансформации называют критическими. На таблице они обозначены следующим образом – А2, А3, А4. Цифровые индексы показывают тип трансформации. Для более полного различия превращения железа из одного вида в другой к обозначению добавляют индексы с и r. Первый говорит о нагреве, второй об охлаждении.

Полиморфные модификации железа

При высоких параметрах пластичности, железо не обладает высокой твердостью, по шкале Бринелля она равна 80 единиц.

Железо имеет возможность образовывать твердые растворы. Их можно разделить на две группы – раствор замещения и внедрения. Первые состоят их железа и других металлов, вторые из железа и углерода, водорода и азота.

Углерод

Другой компонент системы – углерод. Это – неметалл и он обладает тремя модификациями в виде алмаза, графита и угля. Он плавится при 3500 °С.

Аллотропные модификации углерода

В сплаве железа, этот элемент находится в виде твердого раствора, его называют цементит или в виде графита. В таком виде он присутствует в сером чугуне. Графит, не отличается ни пластичностью, ни прочностью.

Цементит

Доля углерода составляет 6,67%. Он обладает высокой твердостью – 800 НВ, но при этом у него отсутствует пластичность. Полиморфными свойствами не обладает.

Он обладает следующим свойством – при формировании раствора замещения, углерод может быть заменен на атомы других веществ, например, на хром или никель. Такой раствор получил название легированного раствора.

Он не обладает устойчивостью, при наличии некоторых условий он может разлагаться, при этом происходит трансформация углерода в графит. Это свойство нашло применение при образовании чугунов.

Кстати, в жидком состоянии, железо может растворять в себе примеси, при этом образуя, однородная масса.

Феррит

Так называют твердый раствор, при котором происходит внедрение углерода в железо.

Он растворяется с определенной переменностью, при нормальной (комнатной) температуре объем углерода лежит в пределах 0,006%, при 727 °С, то концентрация углерода составит 0,02%. По достижении 1392 °С образуется феррит.

Содержание углерода составит 0,1%. Его атомы размещаются в дефектных узлах решетки.

Феррит по своим параметрам близок к железу.

Аустенит в сталях

Наличие аустенита в стальных сплавах придает им определенные свойства. Детали и узлы, произведенные из подобных сталей, предназначаются для работы в средах, содержащие агрессивные компоненты, например, на предприятиях, перерабатывающих разные кислоты.

Стали этого класса отличаются высоким уровнем легирования, во время кристаллизации формируется гранецентрированная решетка. Такая структура не подвержена изменению даже под воздействием глубокого холода.

Стали этого типа можно разделить на два типа отличающиеся друг от друга составом. В первых, содержатся такие вещества как железо, никель, хром. При этом общее количество добавок не может превышать 55%. Ко второй группе относят никелевые и железоникелевые композиции. В никелевых композициях, его содержание превышает 55%. В железоникелевых составах соотношение никеля и железа составляет 1:5, а количество никеля начинается от 65%.

Такое количество никеля обеспечивает повышенную пластичность, а хром, в свою очередь обеспечивает высокую коррозионную стойкость и жаропрочность. Применение других легирующих материалов позволяет выплавлять сплавы с уникальными эксплуатационными свойствами. Металлурги, составляя рецептуру сплавов, руководствуются будущим назначением сталей.

Для получения легированный сталей применяют ферритизаторы, которые придают постоянство аустенитам, к таким веществам относят ниобий, кремний и некоторые другие. Кроме них применяют углерод, марганец – их называют аустенизаторами.

Цементит: формы существования

Так называют соединение углерода и железа. Это компонент чугуна и некоторых сталей. В него входит 6,67% углерода.

В его кристалл входит несколько октаэдров, они расположены друг по отношению к другу с некоторым углом. Внутри каждого из них расположен атом углерода. В результате такого построения получается следующая картина – один атом вступает в связь с несколькими атомами железа, а железо в свою очередь связано с тремя атомами этого элемента.

Кристаллическая решетка цементита

У этого вещества имеются все свойства, которые присущи металлам – электропроводность, своеобразным блеском, высокая теплопроводность. То есть, смесь железа и углерода, ведет себя как металл. Этот материал обладает определенной хрупкостью. Большая часть его свойств определена сложным строением кристаллической решетки.

Этот материал плавится при 1600 градусах Цельсия. Но на этот счет существует несколько мнений, одни исследователи считают, что его температура плавления лежит в диапазоне от 1200 до 1450, другие определяют, что верхний уровень равен 1300 °С.

Первичный цементит

Металлурги разделяют три типа этого вещества – первичный, вторичный, третичный.

Первичный, получается из жидкости при закалке сплавов, которые содержат в себе 5,5% углерода. Первичный имеет форму в виде крупных пластин.

Вторичный

Этот элемент получается из аустенита при охлаждении последнего. На диаграмме этот процесс этот процесс можно видеть по диаграмме Fe – C. Цементит представлен в виде сетки, размещенной по границам зерен.

Третичный

Этот тип, является производным от феррита. Он имеет форму иголок.

В металлургии существуют и другие формы цементита, например, цементит Стеда и пр.

Другие структурные составляющие в системе железо углерод

Перлит

Перлит – это механическая смесь, которая состоит из феррита и цементита. Ледебурит представляет собой переменный раствор.

При температуре от 1130 и до 723 °С в его состав входят аустенит и цементит. При более низких температурах он состоит из аустенит заменяет феррит.

Ледебурит в сталях

Стали, в основании которых лежит ледебурит относят к легированным. В процессе кристаллизации происходит образование ледебурита. На диаграмме состояния железо углерод этот процесс указан в точке Е, которая расположена на линии Fe – Fe3C.

Использование таких элементов, как хром, вольфрам и некоторых других, приводят к образованию таких сплавов как Р6М5. Эту сталь и ее аналоги применяют при изготовлении инструментов, например, металлорежущих.

Узловые критические точки диаграммы состояния системы железо углерод

На диаграмме железо углерод отмечено некоторое количество точек, называемых критичными. Каждая точка несет в себе информацию о температуре, долевом содержании углерода и описанием того, что именно происходит в этом месте.

Всего существует 14 этих критичных точек.

Например, А, говорит о том, что при температуре 1539 °С и при нулевом содержании углерода происходит плавление чистого железа. D говорит о том, что при температуре 1260 возможно плавление Fe3c.

Точки расположены на пересечении линий, размещенных на диаграмме.

Значение линий диаграммы состояния системы железо углерод

Каждая линия, расположенная на диаграмме, так же несет в себе смысловую нагрузку. Например, линия PQ показывает выделение третичного цементита из феррита.

Все расшифровки значений точек и линий всегда есть в приложениях к диаграмме состояния углерод железо.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Все железоуглеродистые сплавы, в соответствии с диаграммой железо-углерод, подразделяются на техническое железо (содержание углерода в сплаве менее 0,02%), стали (содержание углерода в сплаве от 0,02% до 2,14%) и чугуны (содержание углерода более 2,14%)

Характеристика сталей

Стали — сплавы железа (Fe) с углеродом (С), с содержанием последнего не более 2,14%. Стали характеризуются достаточно высокой плотностью (7,7 – 7,9 г/см 3 ) и другими физическими величинами:*

  • Удельная теплоёмкость при 20°C: 462 Дж/(кг·°C)
  • Температура плавления: 1450—1520°C
  • Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг)
  • Коэффициент линейного теплового расширения при температуре около 20°C: 11,5·10-6 1/°С
  • Коэффициент теплопроводности при температуре 100°С: 30 Вт/(м·К)

*Данные характеристики представляют среднее значение. Фактическая величина свойств зависит от содержания углерода и легирующих элементов в стали. Для ее точного определения стоит пользоваться марочниками сталей и сплавов.

На практике используются стали с содержанием углерода не более 1,3%, т.к. при его более высоком содержании увеличивается хрупкость.

Классификация сталей

Стали характеризуются или классифицируются по множеству признаков:

Классификация по химическому составу

  • углеродистые стали – классифицируются в зависимости от содержания углерода в %:
    • низкоуглеродистые ( 0,65 %C)
  • легированные стали – классифицируются в зависимости от суммарного содержания легирующих элементов в %:
    • низколегированные ( 10 %)

Если содержание Fe меньше 45 %, то это сплав, на основе элемента самого высокого содержания. Если содержание Fe больше 45 %, то это сталь.

Классификация по назначению

  • конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов, содержание углерода 0,3%. Основную классификацию и группы конструкционных сталей можно посмотреть здесь
  • инструментальные – применяются для изготовления мерительного, режущего инструмента, штампов горячего и холодного деформирования. Содержание углерода >0,8%;
  • с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами, жаропрочные, износостойкие и др.

Классификация по структуре

Классификация по Обергофферу – по структуре в равновесном состоянии

Изначально эта классификация содержала только 4 типа сталей:

  • доэвтектоидные
  • эвтектоидные
  • заэвтектоидные
  • ледебуритные (имеющие в литом состоянии эвтектику)

Позже были внесены дополнения:

Равновесное состояние – состояние сплава или стали после медленного охлаждения, чаще всего после отжига

Классификация по Гийе – по структуре после нормализации (нагрева и охлаждения на воздухе)

  • перлитные
  • мартенситные
  • ферритные
  • аустенитные
  • карбидные

Также могут быть смешанные классы: феррито-перлитный, аустенитно-ферритный и т.д.

Классификация сталей по качеству

Количественным показателем качества является содержания вредных примесей- серы и фосфора:

  • обыкновенного качества (S≤0,05, P≤0,04)
  • качественные стали (S, P ≤0,035)
  • высококачественные (S, P ≤0,025)
  • особовысококачественные (S≤0,015, P≤0,025)

Классификация по способу выплавки

  • в мартеновских печах
  • в кислородных конверторах
  • в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.

Классификация по степени раскисления

  • кипящие (кп)
  • полуспокойные (пс)
  • спокойные (сп)

Расширенные характеристики и свойства (технологические, физические. химический состав) некоторых марок сталей смотрите здесь.

Классификация и маркировка чугунов

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.

Классификация чугунов

В зависимости от состояния углерода в чугуне, его подразделяют на следующие виды:

  • белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида

Такой чугун может быть доэвтектическими и заэвтектическими, а разделяет их эвтектический чугун (4,31% С). Структура доэвтектического чугуна – перлит, вторичный цементит и ледебурит, заэвтектического – первичный цементит с ледебуритом.

  • графитизированный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава. Такие чугуны подразделяют на:
    • серые – пластинчатая или червеобразная форма графита (ЧПГ)
    • высокопрочные – с шаровидным графитом (ЧШГ)
    • ковкие – хлопьевидный графит (ЧХГ)
    • чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) — имеет промежуточные свойства между СЧ и ВЧ. По форме графита напоминает СЧ, но имеет более толстые и более короткие пластины с округленными концами

Еще чугуны классифицируются по основе, в которой расположен графит. Основа может быть перлитной, ферритной, феррито-перлитной.

Маркировка чугунов

Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами “СЧ” (ГОСТ 1412-85), высокопрочный – “ВЧ” (ГОСТ 7293-85), ковкий – “КЧ” (ГОСТ 1215-85).

Пример маркировки

СЧ10 – серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 – высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 – ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ – антифрикционный чугун: С – серый, В – высокопрочный, К – ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.

Чугуны специального назначения

К этой группе чугунов относятся жаростойкие (ГОСТ 7769—82), жаропрочные и коррозионностойкие (ГОСТ 11849—76) чугуны. Сюда же можно отнести немагнитные, износостойкие и антифрикционные чугуны.

Жаростойкими являются серые и высокопрочные чугуны, легированные кремнием (ЧС5) и хромом (4Х28, 4Х32). Высокой термо- и жаростойкостью обладают аустенитные чугуны: высоколегированный никелевый серый ЧН15Д7 и с шаровидным графитом ЧН15ДЗШ.

К жаропрочным относятся аустенитные чугуны с шаровидным графитом ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Ш.

В качестве коррозионностойких применяют чугуны, легированные кремнием (ферросилиды) — ЧС13, ЧС15, ЧС17 и хромом — 4Х22, 4Х28, 4Х32. Для повышения коррозионной стойкости кремнистых чугунов их легируют молибденом (4С15М4, 4С17МЗ — антихлоры). Высокой коррозионной стойкостью в щелочах обладают никелевые чугуны, например аустенитный чугун 4Н15Д7.

В качестве немагнитных чугунов также применяются аустенитные чугуны.

К износостойким чугунам относятся половинчатые и отбеленные чугуны. К износостойким половинчатым чугунам относится, например, серый чугун марки И4НХ2, легированный никелем и хромом, а также чугуны И4ХНТ, И4Н1МШ (с шаровидным графитом).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector