В легированных сталях может быть 1 или несколько легирующих элементов.

Конструкционные:

• Цементуемые стали обычно содержат 0,1...0,25 % углерода, а в качестве легирующих элементов — хром, марганец, бор, молибден, ванадий, титан, никель в пределах от 0,002 (В) до 4,4 % (Ni).

• Улучшаемые стали содержат 0,3...0,5 % углерода, легирующих элементов в сумме не более 5 % и используются после улучшения (закалки и высокого отпуска).

• Высокопрочные стали — это стали, имеющие предел прочности > 1600 МПа при удовлетворительной пластичности.

• Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения.

Инструментальные:

• Из легированных сталей изготавливают крупногабаритный инструмент, температура которого в процессе работы не превышает 150...200 °С.

• Штамповые стали подразделяются на две группы — стали для штампов холодного и горячего деформирования.

• Быстрорежущие стали являются основным материалом для большинства режущих инструментов. Важнейшим свойством быстрорежущих сталей является теплостойкость, которая сочетается с высокой твердостью, износостойкостью и повышенным сопротивлением пластической деформации.

Стали специального назначения:

• Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали относятся к специальным сталям и идут на изготовление деталей, работающих под воздействием агрессивных сред.

• Жаростойкие и жаропрочные стали относятся к специальным сталям, которые предназначены для изготовления деталей, стойких к химическому разрушению поверхности при высоких температурах (выше 550 °С).

Классификация, структуры чугунов.

Сплавы железа с углеродом, содержащие свыше 2,14% углерода, называют чугунами. Их получают путем восстановления железа из оксидов, содержащихся в рудах. Процесс восстановления железа ведут в доменных печах. В зависимости от назначения и места дальнейшей переработки различают чугуны передельные (примерно 80 % от всего выпуска), предназначенные для переработки в сталь, литейные, поступающие на машиностроительные заводы и используемые в качестве исходного материала для изготовления литых заготовок.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

• белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;

• серый чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;

• половинчатый – часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.

Алюминий и его сплавы.

Алюминий имеет гранецентрированную кубическую решетку, которая не претерпевает полиморфных превращений при нагреве. Температура плавления алюминия 660 °С. Этот металл имеет низкие плотность и прочность, высокие электро- и теплопроводность, пластичность и коррозионную стойкость. Высокая коррозионная стойкость алюминия обусловлена образованием на его поверхности плотной пленки оксида А1203. Легирование медью, магнием, цинком, кремнием и реже лантаном, ниобием, никелем резко улучшает его механические и технологические свойства.

Алюминиевые сплавы широко применяются в пищевой промышленности, автостроении, электротехнике, строительных конструкциях и криогенной технике, но их основная область применения — самолетостроение.

В основном алюминиевые сплавы можно разделить на две основные группы: литейные сплавы и деформируемые (конструкционные). В свою очередь, конструкционные сплавы подразделяются на термически обработанные и термически необработанные. Большая часть производимых сплавов относится к деформируемым, которые предназначены для последующей ковки и штамповки.

Медь и её сплавы.

Медь – металл красного цвета, плотность которого составляет 8,9 г/см3, а температура плавления – 1083 °С. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку и не претерпевает превращений при нагреве. Чистая медь обладает высокой электропроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Свойства меди зависят от степени чистоты металла.

В литом СОСТОЯНИИ прочностные свойства меди невысокие, но пластичность хорошая. Медь хорошо куется, но плохо обрабатывается резанием и из-за большой усадки и низкой жидкотекучести имеет плохие литейные свойства.

Все сплавы меди в зависимости от основного легирующего элемента делятся на две группы: латуни и бронзы.

Латунями называются двойные или многокомпонентные сплавы меди, в которых основным легирующим элементом является цинк.

Бронзами называются двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием, бериллием, кремнием и другими элементами. Бывают деформируемыми и литейными.

Титан и его сплавы.

Титан по распространенности занимает четвертое место среди металлов, его содержание в земной коре превышает 0,6 %. В основном используется в самолето- и ракетостроении. Плотность титана 4,5 г/см3, а температура плавления - 1672 °С. Титан обладает самой высокой удельной прочностью в интервале температур 300...600 °С. Несмотря на высокую химическую активность титана, стойкая пассивирующая пленка ТiO2 на поверхности изделий из него защищает их от коррозии в атмосфере, морской воде и органических кислотах.

Магний и его сплавы.

Магний имеет низкую плотность (1,73 г/см3); у него гексагональная плотноупакованная кристаллическая решетка, которая не претерпевает превращений до температуры плавления (650 °С).

Дополнительного повышения прочности можно добиться термомеханической обработкой, т. е. пластической деформацией закаленных заготовок перед их старением. Основным достоинством магниевых сплавов является их высокая удельная прочность. Легирование магния алюминием, цинком, марганцем и дополнительно цирконием, кадмием, церием и неодимом в сочетании с термической обработкой позволяет достичь прочности свыше 400 МПа. При этом цирконий, обладая структурным и размерным подобием кристаллической решетки, служит хорошим модификатором, а марганец устраняет вредное влияние железа и никеля.

Литейные сплавы магния применяют в самолето-, авто- и приборостроении.

Металлургическое производство. Материалы для производства металлов и сплавов.

Современное металлургическое производство представляет собой комплекс различных производств, базирующийся на месторождениях руд и коксующихся углей, энергетических комплексов.

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы.

Промышленная руда – горная порода, из которой целесообразно извлекать металлы и их соединения.

Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы, в состав которой входят различные примеси. Называют руду по одному или нескольким металлам, входящим в их состав, например: железные, медно-никелевые.

В зависимости от содержания добываемого элемента различают руды богатые и бедные. Бедные руды обогащают – удаляют часть пустой породы.

Флюсы – материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентрата и золой топлива. Такое соединение называется шлаком.

Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха.

Флюсы вводят в виде агломерата и окатышей.

В качестве топлива в металлургических печах используется кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.

Основным видом металлургического топлива является кокс. Кокс получают сухой перегонкой при температуре 1000 0С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов в камерных печах. Куски кокса должны иметь размеры 25…60 мм. Это прочное неспекающееся топливо служит не только горючим для нагрева, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды.

Подготовка доменных руд к плавке.

Подготовка руд к доменной плавке определяет поступление в печь сырья определенной крупности, равномерность химического состава, хорошую восстановимость и высокое содержание железа. Она осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна.

Метод подготовки зависит от качества руды.

Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной величины, осуществляются с помощью дробилок и классификаторов. Процесс дробления делится на четыре стадии: крупное, среднее, мелкое и тонкое измельчение.