Задача №28

Приведете классификацию (без пояснения)углеродистых сталей по способу производства, химическому составу, назначению, качеству и степени раскисления.

Поясните, чем отличается структура конструкционных чугунов от структуры сталей. Укажите, какую форму имеют графитовые включения в серых, высокопрочных и ковких чугунах.

Марки сплавов приведены в таблице 3. Ответе на поставленный вопрос.

Классификация сталей

1. По способу выплавки:

- в мартеновских печах;

- в кислородных конверторах;

- в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.

2. По химическому составу: углеродистые и легированные.

3. По назначению:

- конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;

- инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;

- специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.

4. 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

- особовысокачественные S≤ 0, 015, P≤ 0, 025

5. По содержанию углерода:

- низкоуглеродистые, с содержанием углерода до 0, 25 %;

- среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0, 25% - 0, 65 %;

- высокоуглеродистые в которых концентрация углерода превышает 0, 65% - легированные:

суммарное содержание

легирующий элементов

низколегированные ниже 2, 5 %

среднелегированные 2, 5-10 %

высоколегированные свыше 10 %

Если содержание Fe меньше 45 %, то это сплав, если больше – сталь. Основа сплава – элемент самого высокого содержания.

Поясните, чем отличается структура конструкционных чугунов от структуры сталей.

Сталь - это сплав железа с углеродом. Содержание углерода до 2, 14 %.

Сталь - основной материал, широко применяемый в машино- и приборостроении, строительстве, а также для изготовления различных инструментов.

Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Не раскисленная сталь обладает недостаточной пластичностью и подвержена хрупкому разрушению при горячей обработке давлением.

Спокойные стали раскисляют марганцем, алюминием и кремнием в печи и ковше. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины. Дендритная ликвация в крупных слитках такой стали при их прокатке или ковке приводит к появлению полосчатой структуры.

Для улучшения физических, химических, прочностных и технологических свойств стали легируют, вводя в их состав различные легирующие элементы (хром, марганец, никель и др.). Стали могут содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства.

Легирующие элементы вводят в сталь для повышения ее конструкционной прочности.

Чугун - это железоуглеродистый сплав, с содержанием более 2, 14 % углерода

Высокая демпфирующая способность и износостойкость обусловили применение чугуна для изготовления станин различного оборудования, коленчатых и распределительных валов тракторных и автомобильных двигателей и др.

Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и усложняет формирование шва. Вследствие окисления кремния на поверхности сварочной ванны возможно образование тугоплавких оксидов, что может привести к непроварам.

Плохо свариваются также чугунные детали, работающие длительное время в соприкосновении с маслом и керосином. Поверхность чугуна пропитывается маслом и керосином, которые при сварке сгорают и образуют газы, способствующие появлению сплошной пористости в сварном шве.

Графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного смазочного действия и повышения прочности пленки смазочного материала. Чугуны с графитом, как мягкой и хрупкой составляющей, хорошо обрабатываются резанием (с образованием ломкой стружки) и обеспечивают более чистую поверхность, чем стали (кроме автоматных сталей).

Чугунные детали, работающие длительное время при высоких температурах, почти не поддаются сварке. Это происходит в результате того, что под действием высоких температур (300-400°С и выше) углерод и кремний окисляются, и чугун становится очень хрупким.

Наиболее прочными являются серые чугуны на перлитной основе, а наиболее пластичными - серые чугуны на ферритной основе.

Механические свойства высокопрочного чугуна позволяют применять его для изготовления деталей машин, работающих в тяжелых условиях, вместо поковок или отливок из стали. Из высокопрочного чугуна изготовляют детали прокатных станов, кузнечно-прессового оборудования, паровых турбин (лопатки направляющего аппарата), тракторов, автомобилей (коленчатые валы, поршни) и др.

Отличие:

содержанию углерода;

свариваемости;

цвету;

температуре плавления;

влиянию фосфора.

Физико-химические свойства чугуна и стали сходны по влиянию марганца и серы.

Механические свойства чугуна зависят от металлической основы и включению графита, а стали - от включений цементита и повышения содержания углерода.

Специфические свойства стали:

содержит углерода до 2, 14%;

обладает свойствами раскисления;

для улучшения свойств сталь легируют.

Специфические свойства чугуна:

содержание углерода более 2, 14%;

высокая жидкотекучесть;

пропитывается маслом и керосином;

высокая износостойкость и антифрикционные свойства;

обладает литейными свойствами.

Хоть сталь и производится из чугуна, они имеют различные физико-химические, механические и специфические свойства.

Типы чугунов с различной формой графита:

1– пластинчатая (серый чугун), × 100;

2– шаровидная (высокопрочный чугун), × 100;

3– хлопьевидная (ковкий чугун), × 100

1 2 3

Чугунами называются железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2, 14 %. В состав чугунов всегда входят кремний (0, 5…3 %) и марганец (0, 5…1, 5 %).

Чугуны являются исключительно литейными сплавами. Они не подвергаются никакому пластическому деформированию. Чугунные отливки составляют более 80 % всего фасонного литья.

По структуре и свойствам чугуны подразделяются на белые, серые, высокопрочные и ковкие.

В серых чугунах часть углерода находится в виде графита, а часть в связанном состоянии в виде цементита или весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита.

Высокопрочные и ковкие чугуны имеют основу аналогичную серым, но форму графита соответственно шаровидную (рис. 2) и хлопьевидную (рис. 3).

В зависимости от формы графитных включений изменяется прочность чугуна. Наиболее сильно ослабляет металлическую основу пластинчатый графит, наименее сильно – шаровидный.

Марки сталей.

Cт4

Массовая доля углерода 0, 18% до 0, 27%

Конструкционная сталь обыкновенного качества, группы А

Стали содержат повышенное количество серы и фосфора.

Низкоуглеродистая качественная сталь выпускается горячекатаная и кованая, среднее массовое содержаниеуглерода: 0, 08%

У8ГА

Углеродистая инструментальная сталь содержание углерода 0, 8 %

Г – марганец

А – высокого качества инструментальная углеродистая сталь

СЧ20

Серый чугун, предел прочности при растяжении 20кгс/мм²

Относительное удлинение (1%)

ВЧ45-6

Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрами, главная из которых характеризует временное сопротивление чугуна при растяжении (45 кгс/мм²), относительное удлинение (6%).

Р12

Легированная инструментальная быстрорежущая сталь

Применение: для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей

Р - быстрорежущая сталь

12 - 12% вольфрама

АЛ4

Относится к первой группе сплава алюминия с кремнием - силумины, содержащие кремний от 6 до 13%, магний, марганец.

Особенности сплава АЛ4 - алюминиевый литейный сплав, 4 условный номер сплава. У силуминов удовлетворительная коррозионная стойкость.

Сплав АЛ4 относится к конструкционным герметичным сплавам.

Обладают хорошими литейными свойствами, склонны к образованию газовой пористости