Характеристика и назначение чугунов и сталей

Обновлено: 30.04.2024

Применяемые в практике стали содержат кроме углерода до 0,4% кремния, 0,5-0,8% марганца и по 0,02 - 0,05% серы и фосфора. Кремний и марганец растворяясь в феррите упрочняют сталь. Сера, образуя соединение FeS, вызывает красноломкость (хрупкость при повышенных температурах). Фосфор, растворяясь в феррите, вызывает хладноломкость.

По назначению углеродистые стали подразделяют на конструкцион­ные ( С < 0,8% ) и инструментальные ( С>0,7%).

Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качест­венные.

Стали обыкновенного качества ( ГОСТ 380-88) подразделяют на группы А, Б и В. Стали группы А характеризуются механическими свойст­вами; группы Б - химическим составом и группы В - механическими свойст­вами и химическим составом.

По степени раскисления эти стали бывают кипяшими (кп), полуспо- койными (пс) или спокойными (сп).

В зависимости от нормируемых показателей механических свойств эти стали подразделяют также на ряд категорий.

Конструкционные стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрой - номером стали, например Ст3, Ст5 и г.д. Группа стали указы­вается соответствующей буквой в начале марки БСт 1, ВСт6, в марке группы А такая буква не ставится - Ст4. В марке указывается также степень раскис­ления стали (Ст1кп; БСт2пс ) и в конце - категория - Ст2кпЗ; ВСт4кп4 (пер­вая категория не указывается - Ст1сп ).

Из конструкционных сталей выделяются так называемые автомат­ные стали с повышенной обрабатываемостью резанием, применяемые в ос­новном для изготовления из них деталей на станках-автоматах. Эти стали характеризуются повышенным содержанием серы (0,08 - 0,30%) и фосфора (до 0,15%). Сера образует при резании сульфид MnS, оказывающий смазы­вающее действие на инструмент, а фосфор способствует образованию лом­кой стружки и получению чистой блестящей поверхности при резании Ав­томатные стали маркируют буквой А и числом, указывающим содержание углерода в сотых долях процента: А12, А20, А30.

Инструментальные стали (ГОСТ 2283-79) подразделяют на качест­венные: У7,У8. У13 и высококачественные: У7А, У8А. У13А. Числа в мар­ке указывают содержание углерода в десятых долях процента, буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь.

Легированные стали - стали в которых содержатся специально вве­денные (легирующие - Сг, Ni, Mo, V, Ti и др.) элементы, изменяющие их свойства. Мп>1% и Si>0,5% также являются легирующими. Легирующие элементы в марках стали обозначают буквами: Х-хром, Н- никель, М- мо­либден, В- вольфрам, К- кобальт, Т-титан, А-азот, Г'- марганец, Д- медь, Ф- ванадий, С- кремний, П- фосфор, Ю- алюминий, Р- бор, Б- ниобий, Ц- цирконий.

Число в начале марки конструкционной стали указывает на содержа­ние углерода в сотых долях процента, цифры после букв - среднее содержа­ние обозначенного этими буквами элемента в процентах. Например, марка 18Х2Н4В обозначает сталь со средним содержанием 0,18% С, 2% Сг, 4% Ni и около 1% W или 12ХН2А - 0,12%С, 1% Cr,2%Ni, а буква А в конце марки указывает на то, что сталь высококачественная.

При маркировке инструментальных и некоторых специальных сталей иногда отходят от этого правила. Например, марка Х12М обозначает сталь с содержанием около 1,5%С , 12% Сг, 0,5% Мо.

Некоторые легированные стали выделены в отдельные группы: Ш- шарикоподшипниковые, Р- быстрорежущие, Е- магнитные и др.

Стали, находящиеся в стадии исследования, обозначают буквами ЭИ и условным номером ( ЭИ943) и пробные - буквами ЭП и условным номе­ром (ЭП54).

Легированные стали подразделяют на конструкционные, инструмен­тальные и со специальными физическими свойствами.

К конструкционным легированным сталям относятся стали, приме­няемые для изготовления цементируемых и улучшаемых термообработкой деталей машин, рессор и пружин, шарико- и роликоподшипников, жаро­прочные, износо- и коррозионностойкие стали. Эти стали легируют разно­образными элементами - Mn, Ni, Si, Сг, Mo, Ti, А1 и др.

К инструментальным относятся стали для режущего, штампового, измерительного инструмента. Эти стали доллжны облагать высокой твердо­стью и износостойкостью, поэтому их легируют в основном карбидообра­зующими элементами - Сг. W, V, Мо и др.

К сталям и сплавам со специальными физическами свойствами отно­сятся магнитные материалы, с высоким электросопротивлением, с заданным коэффициентом линейного расширения, с особыми упругими свойствами. Большинство из них отличаются высоким содержанием Ni. Сr и др.

Белые чугуны в изломе из-за углерода в виде цементита имеют бе­лый блестящий цвет. Они обладают высокой твердостью и износоустойчи­востью, хрупкие и плохо поддаются обработке резанием, из-за этого огра­ниченно применяются в машиностроении В частности, они используются для изготовления валиков мукомольных мельниц, вагонных колес с отбе­ленным ободом, лемехов плугов с отбеленным носком и лезвием. Большин­ство передельных чугунов являются белыми

Серые чугуны в изломе имеют серый цвет. Они самый дешевый ли­тейный материал, хорошо обрабатывается резанием. Наличие пластинчатых включений графита, представляющих по существу пустоты с острыми над­резами, обусловливает низкие механические свойства. Из серых чугунов из­готавливаются разнообразные детали: корпуса насосов, станины, кронштей­ны, корпуса коробок передач и др.

ГОСТом установлены следующие марки серых чугунов: СЧ 00 (без испытания механических свойств), СЧ 12, СЧ 15, СЧ18, СЧ21, СЧ 24. Циф­ра в марках обозначает предел прочности на разрыв в кгс/см 2 (10 -1 Мпа)

Модифицированные чугуны в изломе имеют серый цвет и маркиру­ются как серые чугуны, применяются для изготовления ответственных де­талей: станин станков, блоков и картеров двигателей, цилиндровых втулок, поршней крупных двигателей и др. ГОСТом предусмотрены следующие марки чугунов: СЧ 28, СЧ 32, СЧ 35, СЧ 38.

Легированные чугуны - обычно серые или модифицированные, в ко­торые во время плавки введены небольшие легирующие добавки для прида­ния специальных свойств. Они маркируются так же как и серые, только в чертежах деталей указывается количественный состав легирующих элементов.

Ковкие чугуны - получаются из белых чугунов путем длительного отжига (в начале получают отливки из белого чугуна, затем отжигают в ка­мерных печах). Они обладают высокой прочностью и ударной вязкостью, из них изготовляют детали автомобилей, сельскохозяйственных и других ма­шин, имеющих сложную форм>' и тонкое сечение и работающих в условиях ударной нагрузки (мосты автомобилей, картеры, зубчатые колеса, звездочки и др.).

По ГОСТу ковкие чугуны маркируются ферритные - КЧ 30-6, КЧ 33- 8, КЧ 37-12, перлитные - КЧ 50-5, КЧ 55-4. Первые цифры обозначают предел прочности на разрыв в кгс/см 2 , вторая цифра - относительное удлине­ние в %.

Высокопрочные чугуны - получаются модифицированием серого чу­гуна магнием с последующей добавкой ферросилиция, что придает им вы­сокую прочность и вязкость, приближая их по свойствам к сталям. Они об­ладают высокими литейными и антифрикционными свойствами, хорошо обрабатываются резанием. Из них изготавливаются ответственные детали: коленчатые валы, зубчатые колеса, корпуса задних мостов автомашин и др. Они маркируются (ГОСТ 7293-85): ферритные - ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45; пер­литные - ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Цифра означает предел проч­ности на разрыв в кгс/см 2 .

Характеристика и сферы применения чугунов и сталей

Железная руда как горная порода, в которой содержатся соединения железа и примеси других химических элементов. Выплавка в мартеновской печи - основной способ получения обычных сортов стальной продукции. Влияние легирующих элементов на свойства стали.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 02.12.2015
Размер файла 11,0 K

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

К черным металлам относятся чугуны и стали, представляющие собой сплавы железа с углеродом, в состав которых входят еще и кремний, марганец, сера и другие элементы.

Чугун -- железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода превышает 2%. В состав его также входят кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун выплавляется в доменных печах из железных руд. Исходными материалами для его получения кроме руды служат топливо и флюсы.

Железная руда представляет собой горную породу, в которой содержатся соединения железа и примеси других элементов. Чугун получают из красного, бурого и магнитного железняков.

В качестве топлива используют главным образом каменно-угольный кокс. Флюсы применяют для отделения от железной руды пустой породы (оксиды кремнезема, кальция, марганца), которая, способствуя образованию шлаков, оказывает вредное влияние на процесс выплавки чугуна.

В чугуне углерод содержится в свободном состоянии в виде графита или в связанном состоянии в виде карбида железа или цементита.

Чугуны, в которых углерод находится в виде графита, имеют в изломе серый цвет и крупнозернистое строение. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, имеют высокие литейные качества, относительно невысокую температуру плавления (1100--1200°С), небольшую усадку (1%) и применяются для изготовления многих деталей машин и механизмов. Эти чугуны называются серыми или литейными.

Чугуны, в которых углерод содержится только в виде химического соединения с железом, имеют в изломе белый цвет. Они плохо обрабатываются режущим инструментом и обычно используются для получения стали. Эти чугуны называются белыми или передельными.

Кроме белого и серого чугунов для отливки деталей в тракторной, автомобильной и других отраслях промышленности употребляется еще и так называемый ковкий чугун, который получается из белого чугуна специальным отжигом (томлением) его в особых нагревательных печах при температуре 950--1000°С. При этом чрезмерная хрупкость в твердость, характерные для белого чугуна, намного снижаются. Ковкий чугун, как и серый, не куется, а название «ковкий» указывает лишь на значительную его пластичность.

Для повышения прочности чугуны легируют, т. е. вводят в их состав никель, хром, молибден, медь и другие элементы (легированный чугун), а также модифицируют, т.е. добавляют магний, алюминий, кальций, кремний (модифицированный чугун).

Наибольшее применение получили чугуны следующих марок: отливки из серого чугуна: СЧ-10, СЧ-15, СЧ-18, СЧ-20 и др. (ГОСТ 1412--79); отливки из ковкого чугуна: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12 и др. (ГОСТ 1215--79).

Буквы и цифры марок чугуна обозначают: СЧ -- серый чугун, КЧ -- ковкий чугун. Цифры после букв у серого чугуна указывают на предел прочности при растяжении.

Сталь -- сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2%. По сравнению с чугуном сталь обладает значительно более высокими физико-механическими свойствами. Она отличается высокой прочностью, хорошо обрабатывается резанием, ее можно ковать, прокатывать, закаливать. Кроме того, сталь в расплавленном состоянии жидкотекуча, из нее изготовляют различные отливки. Поэтому она широко применяется во всех областях народного хозяйства, особенно в машиностроении.

Сталь получают из передельного чугуна его переплавкой и удалением избытка углерода, кремния, марганца и других примесей и выплавляют в мартенах, электропечах и конверторах.

Наиболее распространенным способом получения обычных сортов стали является мартеновский, а для выплавки высококачественных сталей применяют электроплавку.

Сталь, выплавленная из чугуна на металлургических заводах, в виде слитков поступает в прокатные, кузнечные или прессовые цехи, где перерабатывается на фасонный и листовой прокат, а также в поковки различной формы и размеров.

Все применяемые в настоящее время стали классифицируются по следующим признакам:

по химическому составу -- углеродистая, легированная;

по качеству -- сталь обыкновенного качества, качественная, высококачественная;

по назначению -- конструкционная, инструментальная.

Углеродистая сталь широко используется в промышленности. Основной составляющей частью, определяющей ее механические и другие свойства, является углерод. Увеличение содержания углерода в стали повышает прочность и твердость, но уменьшает вязкость и делает ее более хрупкой.

В зависимости от назначения углеродистая сталь делится на конструкционную и инструментальную.

Углеродистые конструкционные стали делятся на стали обыкновенного качества (ГОСТ 380--78) и качественные (ГОСТ 1050--74). В зависимости от условий и степени раскисления различают спокойные стали (сп), полуспокойные(пс) и кипящие (кп).

Стали обыкновенного качества маркируют буквами Ст (сталь) и цифрами 1, 2, 3. 6 (Ст0, Ст1, Ст2 и т.д.). Чем больше это число, тем больше в ней содержится углерода.

В зависимости от назначения эти стали делятся на три группы:

группа А -- стали, поставляемые по механическим свойствам без уточнения их химического состава (Ст0, Ст1кп, Ст2пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2сп, Ст3кп и др.);

группа Б -- стали с гарантийным химическим составом (БСт0, БСт1кп, БСт1сп, БСт2кп и др.);

группа В -- стали повышенного качества с гарантированным химическим составом и механическими свойствами (ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5).

Цифры, обозначающие марку стали, показывают среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента (например, сталь марки 45 содержит в среднем 0,45% углерода).

Низкоуглеродистые стали марок 05, 08, 10, 20, 25 применяются для малонагруженных деталей, изготовление которых связано со сваркой и штамповкой.

Из среднеуглеродистых сталей марок 40, 45, 50, 55 изготовляют оси, валы, зубчатые колеса и другие детали.

Высокоуглеродистые стали идут на изготовление спиральных пружин, тросов и других ответственных деталей.

Инструментальная качественная сталь обозначается буквой У, после которой ставится цифра, указывающая содержание углерода в десятых долях процента, например У7, У8, У10 и т. д.

Инструментальная высококачественная сталь содержит меньше, чем качественная, вредных примесей (серы, фосфора). Маркируют ее так же, как и качественную, но с добавлением буквы А, например У7А, У8А и т. д.

Применяется инструментальная углеродистая сталь для изготовления различных инструментов (ударных, режущих, измерительных и др.).

В состав легированной стали кроме углерода вводят элементы, улучшающие ее свойства. К таким элементам относятся: хром, никель, кремний, вольфрам, марганец, ванадий, кобальт и др.

В зависимости от вводимых лигирующих элементов стали делятся на хромистые, никелевые, кремнистые, хромоникелевые, хромованадиевые и др.

Легирующие элементы придают стали в зависимости от ее назначения необходимые свойства. Рассмотрим, какое влияние оказывают они на свойства стали.

Хром способствует увеличению прочности стали, ее твердости и сопротивляемости износу. Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость стали, повышает ее коррозионную стойкость и прокаливаемость. Кремний при содержании его более 0,8% увеличивает прочность, твердость и упругость стали, снижая при этом ее вязкость. Марганец повышает твердость и прочность стали, улучшает ее свариваемость и прокаливаемость.

Легированная сталь по количеству введенных в нее легирующих элементов классифицируется на низколегированную (до 5% легирующих элементов), среднелегированную (от 5 до 10%) и высоколегированную (свыше 10%). стальной мартеновский легирующий

По назначению легированная сталь, как и углеродистая, подразделяется на конструкционную и инструментальную.

Легирующие элементы, введенные в состав стали согласно стандарту имеют следующие обозначения:

Высококачественную сталь обозначают с добавлением в конце маркировки буквы А.

Легированная сталь маркируется сочетанием цифр и букв.

Первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы -- легирующие элементы, последующие за буквами цифры -- содержание в процентах этих элементов в стали.

Так, марка 40Х обозначает хромистую сталь с содержанием 0,4% углерода и 1% хрома;

12ХНЗА -- хромо-никелевую сталь, содержащую около 0,12%-углерода, 1% хрома и 3% никеля и т. д.

Из конструкционной легированной стали изготовляют ответственные детали машин и различные металлические конструкции. Для улучшения механических свойств детали из этой стали подвергаются термической обработке.

К конструкционным легированным сталям относятся:

хромистая (15Х, 20Х, 30Х и др.),

хромованадиевая (15ХФ, 20ХФ, 40ХФ),

хромокремнистая (33ХС, 38ХС, 40ХС),

хромоникелевая (12ХН2, 12ХНЗА и др.).

Инструментальная легированная сталь по сравнению с углеродистой обладает износоустойчивостью, она глубже прокаливается, обеспечивает повышенную вязкость в закаленном состоянии и менее склонна к деформациям и трещинам при закалке.

Режущие свойства легированных сталей примерно такие же, как и углеродистых, потому что у них низкая теплостойкость, равная 200--250°С.

Назначение некоторых марок легированных инструментальных сталей следующее:

сталь 9ХС применяется для изготовления плашек, сверл, разверток, фрез, гребенок и метчиков;

стали 11Х и 13Х --для напильников, бритвенных ножей, хирургического и гравировального инструмента;

сталь ХВГ--для длинных метчиков, разверток и других инструментов.

Для изготовления режущего инструмента применяется быстрорежущая сталь, которую так назвали за высокие режущие свойства.

Благодаря наличию в ее составе вольфрама и ванадия эта сталь обладает высокой теплостойкостью, красностойкостью, т. е. способностью сохранять высокие твердость и износостойкость при повышенных температурах.

Инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали, нагреваясь в процессе резания до 550--600°С, не теряет своих режущих свойств.

Материалы, улучшающие свойства сталей. Характеристика влияния на свойства сталей легирующих элементов.

Качество стали зависит от количества в ней углерода, который является одним из основных элементов, входящих в состав. Еще одним обязательным элементом является железо.

Хром, никель, ванадий, медь и пр. элементы добавляются для улучшения свойств материала.

Рассмотрим подробнее влияние легирующих элементов на свойства стали:

Никель - позволяет сделать материал не только прочным, но и пластичным. Именно этот элемент, входящий в состав, отвечает за стойкость к коррозии;

Хром - также отвечает за устойчивость к коррозии, благодаря ему получается нержавеющая сталь, делает ее твердой и прочной;

Ванадий - благодаря этому элементу структура стали становится мелкозернистой, плотной;

Медь - помимо стойкости к коррозии противодействует кислотам;

Вольфрам - позволяет материалу оставаться твердым при увеличении температуры (нагреве);

Марганец, входящий в состав, отвечает за износостойкость;

Кремний - делает металл упругим, отвечает за магнетизм;

Если в состав входит алюминий, то он позволяет становиться материалу жаростойким.

Что происходит со структурой, когда добавляются различные примеси? При их введении кристаллическая решетка рушится за счет различия в формах электронов, а также атомных величин. Характеристики стали могут меняться в зависимости от состава.

В состав могут входить две, три и более примесей. Это зависит от того, какой конечный продукт нужно получить.

В состав могут также входить титан, кобальт, молибден, отвечающие за прочность, твердость и пластичность материала, который приобретает все перечисленные свойства в основном после того, как будет пройдена термообработка.

Подобные документы

Классификация, свойства, применение, маркировка углеродистых и легированных сталей. Влияние углерода и примесей на их свойства. Термическая обработка сплава 30ХГСА. Измерение твёрдости методом Роквелла. Влияние легирующих элементов на рост зерна стали.

дипломная работа [761,3 K], добавлен 09.07.2015

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

Процесс легирования стали и сплавов - повышение предела текучести, ударной вязкости, прокаливаемости, снижение скорости закалки и отпуска. Влияние присадок легирующих элементов на механические, физические и химические свойства инструментальной стали.

курсовая работа [375,9 K], добавлен 08.08.2013

Роль легирующих элементов в формировании свойств стали. Анализ и структура хромоникелевых сталей. Роль и влияние никеля на сопротивление коррозии. Коррозионные свойства хромоникелевых сталей. Характеристика ряда хромоникелевых сталей сложных систем.

реферат [446,2 K], добавлен 09.02.2011

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

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

Влияние легирующих элементов на свойства стали. Состав, свойства и методы термической обработки хромистых сталей с повышенной прочностью и стойкостью против коррозии в агрессивных и окислительных средах. Технологии закалки окалиностойких сильхромов.

Стали, чугуны и цветные металлы. Классификация и маркировка

Классификация и разновидности, а также правила и принципы маркировки сталей, чугунов и цветных металлов. Особенности химического состава, а также функциональные особенности и свойства каждого из исследуемых металлов, их использование в промышленности.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 19.07.2017
Размер файла 25,6 K

Стали, чугуны и цветные металлы. Классификация и маркировка

Используемые в технике металлы принято подразделять на две основные группы - черные и цветные. К черным металлам относят железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы). Остальные металлы и их сплавы составляют группу цветных.

Из металлов особое значение имеют железо и его сплавы, являющиеся до настоящего времени основным машиностроительным материалом. В общемировом производстве металлов свыше 90% приходится на железо и его сплавы. Это связано с тем, что железные руды широко распространены в природе, а производство чугуна и стали сравнительно дешево и просто.

Наряду с черными металлами важное значение в технике имеют и цветные металлы. Это объясняется рядом важных физико - химических свойств, которыми не обладают черные металлы. Наиболее широко используют в самолетостроении, радиотехнике, электронике и в других отраслях промышленности медь, алюминий, магний, никель, титан, вольфрам и другие цветные металлы.

1. Классификация и маркировка сталей

сталь чугун металл

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы).

Стали, классифицируют по самым различным признакам. Мы рассмотрим следующие:

Химический состав.

В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). В свою очередь углеродистые стали могут быть:

A) малоуглеродистыми, т.е. содержащими углерода менее 0,25%;

Б) среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%

B) высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%

Легированные стали подразделяют на:

а) низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%

б) среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;

в) высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

По назначению стали бывают:

конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.

С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.

Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.

Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.

Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

4. Степень раскисления.

По степени удаления кислорода из стали, т.е. По степени её раскисления, существуют:

спокойные стали, т.е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами «сп» в конце марки (иногда буквы опускаются);

кипящие стали - слабо раскисленные; маркируются буквами «кп»;

полу спокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами «пс».

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

сталь группы Б - по химическому составу;

сталь группы В-с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности у, относительное удлинение д%, предел текучести дт, изгиб в холодном состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются арабскими цифрами.

Стали обыкновенного качества обозначают буквами «Ст» и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква «Г» после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа «А» в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

Ст1кп2 - углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

ВСт5Г - углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

Вст0 - углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).

Качественные стали маркируют следующим образом:

в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации;

а) в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода;

05 кп - сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;

60 - сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;

б) в десятых долях процента для индустриальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой «У»:

У7 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);

У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;

2) легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами:

А - азот К - кобальт Т - титан Б - ниобий М - молибден Ф - ванадий

В-вольфрам Н - никель Х - хром Г - марганец

П - фосфор Ц - цирконий Д - медь Р - бор Ю - алюминий

Е - селен С - кремний Ч - редкоземельные металлы

14Г2 - низко легированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 14% углерода и до 2,0% марганца.

03Х16Н15М3Б - высоко легированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, до З, 0% Мо, до 1,0% Nb.

Высококачественные и особовысококачественные стали.

Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной - через тире букву «Ш».

У8А - углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода;

30ХГС-III - особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.

Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.

Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами «ШХ», после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;

ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.

Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой «Р», следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:

Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобальта.

Автоматные стали обозначают буквой «А» и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:

А12 - автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);

А40Г - автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5% содержанием

2. Классификация и маркировка чугунов

Чугун отличается от стали по составу - более высоким содержанием углерода, по технологическим свойствам - лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддается ковке). Чугун дешевле стали.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 2 до 6,67%.однако применяемые чугуны содержат углерода не более 4,3%, редко _ до 5%.

Изделия из чугуна получают главным образом путем литья (чугунные отливки), хотя имеются данные о том, что чугуны можно при определенных условиях подвергать горячей обработке давлением, после которой механические свойства чугунов повышаются, приближаясь к свойствам высококачественной углеродистой конструкционной стали.

Высокие литейные свойства, хорошая обрабатываемость резанием и небольшая стоимость обеспечивают широкое применение серых, высокопрочных и ковких чугунов.

Структура белых чугунов образуется у железоуглеродистых сплавов, содержащих углерода более 2%, при их относительно быстром охлаждении. Важнейшей структурной составляющей белых чугунов, определяющей их свойства, является ледебурит. При комнатной температуре ледебурит представляет эвтектическую смесь перлита и цементита. Наибольшее влияние на свойства белых чугунов оказывает цементит. Чем больше цементита в структуре белого чугуна, тем выше его твердость и хрупкость.

Применение белых чугунов для деталей машин ограничено из-за их невысоких литейных свойств и плохой обрабатываемости резанием. Поэтому белые чугуны используют в основном как предельные (для производства стали), а также для производства ковких чугунов.

Серые чугуны. Их получают при медленном охлаждении железоулеродистых сплавов, содержащих углерода более 2%.

Основной структурной составляющей серых чугунов, определяющей их свойства, является графит. Процесс кристаллизации графита называют графитизацией. Графит может выделяться как непосредственно из жидкого раствора, так и из аустенита и цементита.

На процесс графитизации, кроме скорости охлаждения, температуры нагрева и других технологических факторов, оказывает влияние содержание различных элементов. Одни элементы, как кремний, углерод, алюминий, титан, способствуют графитизации, другие, например, марганец, сера, хром, затрудняют ее и способствуют отбеливанию, т.е. производству белого чугуна.

Основными элементами, влияющими на графитизацию, помимо углерода, являются кремний и марганец. Кремний способствует графитизации и улучшает литейные свойства; его содержание в серых чугунах составляет от 0,5 до 4,5%. Марганец, наоборот, способствует отбеливанию и ухудшает литейные свойства; поэтому его содержание в серых чугунах допускается от 0,5 до 1%.Сера является вредной примесью в чугуне: она затрудняет графитизацию и ухудшает литейные свойства; в серых чугунах ее содержание ограничивают 0,07%.Фосфор в небольших количествах улучшает литейные свойства чугуна: содержание его составляет от 0,5 до 1%.В небольших количествах присутствуют также газы.

Структура серых чугунов состоит их стальной основы и выделений графита. По структуре стальной основы серые чугуны розделяют на четыре группы:

1) ферритные; структура феррит и графит;

2) ферритно-перлитные; структура феррит, перлит и графит;

3) перлитные; структура перлит и графит;

4) перлитно-цементитные; структура перлит, цементит и графит.

Наибольшее влияние на механические свойства серых чугунов оказывают выделения графита.

Имея малую прочность, графит ослабляет стальную основу; его влияние на чугун подобно действию надрезов. Поэтому чем больше графита в структуре, тем ниже прочность серого чугуна. Однако механические свойства серого чугуна зависят и не только от количества, но и от формы, величины и расположения графитных выделений. В серых чугунах выделения графита имеют форму пластинок. Чем крупнее пластинки графита, тем ниже механические свойства серого чугуна.

По физико-механическим характеристикам серые чугуны условно можно разделить на четыре группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.

Серый чугун малой прочности имеет в основе микроструктуру феррита или феррита и перлита с пластинчатым графитом. Такой чугун обладает прочностью на растяжение 300Мпа и соответствует маркам до СЧ-30.В марке буквы сокращенно обозначают наименование чугуна, а следующая за ними двухзначная цифра - предел прочности на растяжение.

Серый чугун повышенной прочности имеет перлитную основу и более мелкое, завихренное строение графита. Он соответствует маркам от СЧ 35 до СЧ 40. Прочность этих чугунов обеспечивается легированием модифицированием чугуна.

Легированный серый чугун имеет мелкозернистую структуру небольших количеств никеля и хрома, молибдена, а иногда титана или меди.

Модифицированный серый чугун имеет однородное строение по сечению отливки и более мелкую завихренную форму графита. В структуре отливок из модифицированного серого чугуна не содержится ледебуритного цементита. Вследствие малого количества вводимого в чугун модификатора его химический состав практически остается неизменным.

Серые чугуны имеют низкий предел прочности на растяжение и высокие предел прочности на сжатие и твердость; поэтому их в основном используют для изготовления деталей, работающих на сжатие и подвергающихся износу (станины и суппорты станков, стойки и р.) Пластические свойства серого чугуна низкие. По литейным качествам серые чугуны превосходят стали. Серые чугуны хорошо обрабатываются резанием.

Ковкий чугун. Ковкий чугун - условное название более пластичного чугуна по сравнению с серым. Ковкий чугун никогда не куют. Отливки их ковкого чугуна получают длительным отжигом отливок из белого чугуна с перлитно - цементитной структурой. При отжиге цементит белого чугуна распадается с образованием графита хлопьевидной формы.

В зависисимости от структуры металлической основы различают ковкий ферритный чугун и ковкий перлитный чугун.

В зависимости от предела прочности ковкий чугун (ГОСТ 1215 -79) разделяют на следующие марки: КЧ 30 -6 (163), КЧ 33 - 8 (163), КЧ 35-10 (163), КЧ 37 - 12

(163) - ферритные черносердечные и КЧ 45 - 6 (241),

КЧ 50 - 4 (241), КЧ 56 - 4 (269), КЧ 60 - 3 (269), КЧ 63 -2 (269) - перлитные светлосердечные.

Ковкий чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении. Из него изготовляют детали высокой прочности, способные воспринимать повторно-переменные и ударные нагрузки и работающие в условиях повышенного износа. Широкое распространение ковкого чугуна, занимающего по механическим свойствам промежуточное положение между серым чугуном и сталью, обусловлено лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами исходного белого чугуна, что позволяет получать отливки сложной формы. Ковкий чугун характеризуется достаточно высокими антикоррозионными свойствами и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.

3. Классификация и маркировка цветных сплавов

1. Медь и её сплавы.

Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78):

Назначение и классификации, сталей и чугунов

Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) подразделяют на группы А, Б и В. Стали группы А характеризуются механическими свойст­вами; группы Б - химическим составом и группы В - механическими свойст­вами и химическим составом.

Конструкционные стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрой - номером стали, например Ст3, Ст5 и г.д. Группа стали указы­вается соответствующей буквой в начале марки БСт 1, ВСт6, в марке группы А такая буква не ставится - Ст4. В марке указывается также степень раскис­ления стали (Ст1кп; БСт2пс) и в конце - категория - Ст2кпЗ; ВСт4кп4 (пер­вая категория не указывается - Ст1сп).

Стали, находящиеся в стадии исследования, обозначают буквами ЭИ и условным номером (ЭИ943) и пробные - буквами ЭП и условным номе­ром (ЭП54).

ГОСТом установлены следующие марки серых чугунов: СЧ 00 (без испытания механических свойств), СЧ 12, СЧ 15, СЧ18, СЧ21, СЧ 24. Цифра в марках обозначает предел прочности на разрыв в кгс/см 2 (10 -1 Мпа)

Сравнение свойств чугуна и стали

Чёрная металлургия - основа развития большинства отраслей народного хозяйства. Несмотря на бурный рост продукции химической промышленности, цветной металлургии, промышленности стройматериалов, чёрные металлы остаются главным конструкционным материалом в машиностроении и строительстве.

Современная чёрная металлургия имеет высокий технический потенциал. Значительный прогресс достигнут в технологии производства в отдельных подотраслях и переделах чёрной металлургии. Так, добыча железной руды в основном ведётся прогрессивным открытым способом; в коксовом производстве внедрены бездымная загрузка шихты и сухое тушение кокса; в доменном производстве в печах с повышенным давлением газа под колошником выплавляется 97%, а с вдуванием природного газа - 84% всего чугуна; в сталеплавильном производстве растет выплавка стали в кислородных конвертерах и электропечах, внедрены внепечная обработка стали под вакуумом, синтетическими шлаками, инертными газами, переплавные процессы; увеличивается доля непрерывной разливки стали; в прокатном производстве эффективно применяются термическая обработка металлопродукции, средства неразрушающего автоматического контроля; в трубном - совершенствуется технология производства сварных труб большого диаметра, бесшовных труб; в метизном производстве внедряются автоматизированное поточные линии. Осуществляется разработка промышленных способов прямого получения железа. Ведутся работы по созданию автоматизированной системы управления чёрной металлургии.

Цель данной работы - сравнить по свойствам два продукта черной металлургии: чугун и сталь, столь важные для человечества.

1. Изучить характеристику материалов.

2. Разобрать и сравнить физико-химические, механические и специфические свойства чугуна и стали.

3. Сделать вывод.

При написании данной работы использовалась учебная и методическая литература.

Характеристика материалов

Чугун

Чугун (тюрк.), сплав железа с углеродом (обычно более 2%) содержащий также постоянные примеси (Si, Mn, Р и S). Широко применяемые марки чугунов обычно содержат 2,5-4% углерода, 1-5% кремния, до 2% марганца, а также примеси фосфора и серы. В состав специальных чугунов входят легирующие добавки: ванадий, молибден, никель, титан, хром и др. Температура плавления чугунов зависит от их химического состава и примерно составляет 1200-1250 о С.

Виды: белый, серый, ковкий, высокопрочный, половинчатый чугуны.

Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и содержания в нём углерода и легирующих примесей. По структуре чугуны разделяют на белые и серые.

Белый чугун получил своё название от вида излома, который имеет белый или светло-серый цвет. Углерод в нём находится в химически связанном состоянии в виде цементита Fe3C. Цементит хрупок и обладает высокой твёрдостью, поэтому белый чугун не поддаётся механической обработке, для изготовления изделий применяется редко и сварке не подлежит.

Из белого чугуна путём специальной термической обработки (длительная выдержка при температуре 1000 о С) получают ковкий чугун. По механическим свойствам он пластичнее белого чугуна. Название "ковкий" это условное название, чугуны не используют в виде поковок, они практически не куются.

Высокопрочные чугуны получают добавлением в сплав некоторых легирующих элементов (магния, церия и др.). Серый чугун содержит в своём составе почти весь углерод в виде графита, поэтому излом его имеет серебристо-серый цвет. Серый чугун хорошо обрабатывается режущим инструментом, поэтому он широко применяется как конструкционный материал. Серый чугун дешевле стали, отличается хорошими литейными свойствами, высокой износостойкостью, способностью гасить вибрации, хорошей обрабатываемостью. Отрицательными его свойствами являются пониженная прочность и высокая хрупкость.

Историческая справка.Первые сведения о чугуне относятся к 6 в. до нашей эры. В Китае из высокофосфористых железных руд получали чугун, содержащий до 7% Р, с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. Чугун был известен и античным металлургам 4-5 вв. до нашей эры. Производство чугуна в Западной Европе началось в 14 в. с появлением первых доменных печей (штюкофенов) для выплавки чугуна из руд. Полученный чугун использовали или для передела в сталь в кричном горне, или для изготовления различных строительных деталей и оружия (пушки, ядра, колонны и др.). В России производство чугуна началось в 16 в.; в дальнейшем оно непрерывно расширялось, и при Петре I Россия по выпуску чугуна превзошла все страны, но через столетие отстала от западно-европейских стран. Появление во 2-й пол.18 в. вагранок позволило литейным цехам отделиться от доменных, т.е. положило начало независимому существованию чугунолитейного производства (при машиностроительных заводах). В начале 19 в. возникает производство ковкого чугуна. Во 2-й четверти 20 в. начинают применять легирование чугуна, что дало возможность существенно повысить его свойства и получать специальный чугун (износостойкие, коррозионностойкие, жаростойкие и т.д.). К этому же периоду относится также разработка способов модифицирования чугуна. В конце 40-х гг. был получен модифицированный чугун с включениями графита шаровидной формы вместо обычной пластинчатой. В 60-х гг. в электрических печах начали получать из стальных отходов с добавлением карбюризаторов т. н. синтетический чугун с высокими механическими свойствами при пластинчатой форме графита.

Маркировка.Чугун маркируют по буквенно-цифровой системе: первые буквы (С, К и В) обозначают серый, ковкий и высокопрочный чугун соответственно; вторая буква (Ч) обозначает чугун. В сером чугуне две цифры указывают на временное сопротивление. Например, в марке СЧ10 буквы СЧ обозначают серый чугун, 10 - временное сопротивление. В обозначениях ковкого и высокопрочного чугунов после буквенной маркировки (КЧ и ВЧ) первые две цифры также обозначают временное сопротивление, а вторые две - относительное удлинение, например КЧ 35-10 (ковкий чугун с временным сопротивлением не менее 350 МПа и относительным удлинением не менее 10%).

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

· передельный чугун - П1, П2;

· передельный чугун для отливок - ПЛ1, ПЛ2,передельный фосфористый чугун - ПФ1, ПФ2, ПФ3,передельный высококачественный чугун - ПВК1, ПВК2, ПВК3;

· чугун с пластинчатым графитом - СЧ (цифры после букв "СЧ", обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм);

o антифрикционный серый - АЧС,

o антифрикционный высокопрочный - АЧВ,

o антифрикционный ковкий - АЧК;

· чугун с шаровидным графитом для отливок - ВЧ (цифры после букв "ВЧ" означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлиненние (%);

· чугун легированный со специальными свойствами - Ч.

Сталь

Сталь (польск. stal, от нем. Stahl), деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и др. элементами. Сталь - важнейший продукт чёрной металлургии, являющийся материальной основой практически всех отраслей промышленности. Масштабы производства стали в значительной степени характеризуют технико-экономический уровень развития государства.

Историческая справка.Сталь как материал, используемый человеком, имеет многовековую историю. Наиболее древний способ получения стали 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 стали древние мастера применяли тигельную плавку - расплавление мелких кусков стали и чугуна в огнеупорных тиглях. Тигельная сталь 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 кричном горне. 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 стали не могло. Лишь с появлением во 2-й половине 19 в. бессемеровского процесса и мартеновского процесса, а затем и томасовского процесса стало возможным массовое производство литой стали. В конце 19 в. начала применяться выплавка стали в электрических печах. До середины 20 в. главенствующее положение среди способов производства стали занимал мартеновский процесс, на долю которого приходилось около 80% выплавляемой в мире стали. В 50-х гг. был внедрён кислородно-конвертерный процесс, причём в последующие годы его роль резко возросла. Наряду с указанными способами массового производства стали развиваются более дорогие и менее производительные способы, позволяющие получать особо чистый металл высокого качества: вакуумная дуговая плавка, вакуумная индукционная плавка, электрошлаковый переплав, электроннолучевая плавка, плазменная плавка.

Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода - на малоуглеродистые (до 0,25%), среднеуглеродистые (0,3-0,55%) и высокоуглеродистые (0,6-0,85%); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные, среднелегированные и высоколегированные.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре сталь различается на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную или перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.

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

Обозначение марки легированной стали состоит из букв, указывающих, какие компоненты входят в её состав, и цифр, характеризующих их среднее содержание. В СССР приняты единые условные обозначения химического состава стали: 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 углерода (в сотых долях процента для конструкционных сталей и в десятых долях процента для инструментальных и нержавеющих сталей); затем буквой указан легирующий элемент и цифрами, следующими за буквой, - его среднее содержание. Например, сталь марки 3Х13 содержит 0,3% углерода и 13% Cr, стали марки 2X17H2 - 0,2% углерода, 17% Cr и 2% Ni. При содержании легирующего элемента менее 1,5% цифры за соответствующей буквой не ставятся: так, сталь марки 12ХН3А содержит менее 1,5% Cr. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной, буква Ш - особо высококачественной. Обозначение марки некоторых легированных сталей включает букву, указывающую на назначение стали (например, ШХ9 - шарикоподшипниковая сталь с 0,9-1,2% Cr; Э3 - электротехническая сталь с 3% Si). Стали, проходящие промышленные испытания, часто маркируют буквами ЭИ или ЭП (завод "Электросталь"), ДИ (завод "Днепроспецсталь") или ЗИ (Златоустовский завод) с соответствующим очередным номером (ЭИ268).

Читайте также: