Черные металлы и сплавы, их свойства, маркировка и область применения в строительстве

Основными металлическими конструкционными материалами являются железные сплавы. Наиболее распространенными из них являются чугун и сталь.

Чугун. Чугун – сплав железа с углеродом (от 2 до 6, 67%), содержащий примеси кремния, марганца, фосфора, серы и др. Он является как конструкционным материалом, так и промежуточным продуктом при производстве стали. По составу и применению чугуны подразделяются на передельные (белые), литейные (серые), специальные (ферросплавы).

Белые чугуны имеют ограниченное применение, так как они очень твердые и плохо поддаются обработке. Серые чугуны обладают пластинчатой формой графита, что дает неплохую прочность при сжатии, но очень низкую пластичность. Для улучшения механических свойств их модифицируют различными добавками (ферросилиций, силикокальций и др.). Высокопрочные чугуны характеризуются шаровидным строением графитовых включений и обладают повышенной прочностью. Ковкие чугуны обладают хлопьевидным строением графита и занимают промежуточное значение между серыми и высокопрочными чугунами по свойствам.

Белые чугуны маркировки не имеют, а остальные чугуны маркируются следующим образом. Первые буквы означают тип чугуна: СЧ – серый чугун, ВЧ – высокопрочный чугун, КЧ – ковкий чугун. За буквами следуют одна или две цифры, характеризующие механические свойства чугуна (первая – значение сопротивления при растяжении в кгс/мм², вторая – минимальное относительноеудлинение в %).

В строительстве чугун применяется достаточно ограниченно. Из него изготавливают радиаторы отопления, ванны, кованые элементы ограждений, люки для инженерных сетей и коммуникаций и др.

Сталь. Сталь – ковкий сплав железа с углеродом (до 2, 14%). От хрупкого чугуна она отличается пластичностью и упругостью. По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. В состав углеродистых сталей входят марганец и кремний. Легированные стали обычно называют по преобладающему в ней легирующему элементу – вольфрамовая, хромовая, молибденовая и т.д. По назначению стали делят на конструкционные (машиностроительные), инструментальные и стали с особыми свойствами (нержавеющие, кислотостойкие, жаропрочные и др.).

Стали углеродистые обыкновенного качества выплавляются 3 групп: А, Б, В. Стали группы А поставляются только по механическим свойствам. Маркируются двумя буквами «ст» и числом из одной цифры: ст 0, ст 1…ст 6. Эти стали используют для неответственных деталей, получаемых холодной обработкой (резанием, холодной штамповкой), т.к. они имеют высокую деформируемость и обрабатываемость резанием.

Стали группы Б поставляются по химическому составу. Они маркируются следующим образом: Б ст 1, Б ст 2, Б ст 3 …Б ст 6. Используют эти стали для неответственых деталей, изготовляемых методами горячей обработки давлением. Обладают хорошей деформируемостью и обрабатываемостью резанием.

Стали группы В поставляют на заводы с указанием и механических свойств, и химического состава. Они маркируются следующим образом: В ст 1, В ст 2, В ст 3 …В ст 6. Они идут на изготовление мало- и средненагруженных деталей, изготавливаемых сваркой, обработкой давлением, резанием. Обладают хорошей деформируемостью, свариваемостью, обрабатываемостью резанием.

Конструкционные углеродистые стали качественные применяют для ответственных деталей машиностроения. Маркируется словом «сталь» и двухзначным числом, указывающим содержание углерода в сотых долях процента: сталь 08, сталь 10, сталь 45, сталь 65. В этих марках содержание углерода соответственно: 0, 08%, 0, 1%, 0, 45%, 0, 65%. С увеличением содержания углерода в таких сталях прочность и твердость возрастают, а пластичность и ударная вязкость снижаются.

Углеродистые инструментальные стали по качеству могут быть качественными и высококачественными. Качественные маркируются буквой У и числом, указывающими содержание углерода в десятых долях процента. Например, У7, У8, У10, У11, У12, У13 (содержание углерода от 0, 7 до 1, 3%). Стали с большим содержанием очень твердые и хрупкие и их применение нецелесообразно.

Углеродистые инструментальные стали высококачественные в конце марки имеют букву А: У7А, У8А, У13А.

Легированные стали – это сплавы железа с углеродом и легирующими элементами. Легирующие элементы оказывают разностороннее влияние на свойства стали. Хром повышает твердость, никель – прочность и пластичность, вольфрам – твердость, ванадий – прочность, сопротивление истиранию.

В нашей стране принята следующая маркировка легированных сталей. В начале марки приводится двухзначная цифра, указывающая среднее содержание углерода в сотых долях процента. Далее следуют заглавные буквы русского алфавита, обозначающие легирующие элементы: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ю – алюминий. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание легирующих элементов в процентах. Если цифра после буквы не указана, то количество данного элемента составляет менее 1, 5%. Например, легированная сталь марки 12ХН2 содержит 0, 12% углерода, менее 1, 5% хрома и 2% никеля.