Влияние углерода, постоянных примесей и легирующих элементов на свойства сталей.

Углеродистые стали - Fe – основа, С <= 1,3%. Примеси а) полезные Mn<0,7% -вводят специально как раскислитель. Повышает плотность на снижая пластичность и вязкость. Si<0,5%- вводят специально как раскислитель.б) вредные S<0,06%-присутствует в виде FeS и обеспечивает красноломкость стали-потеря пластичности при горячей обрадотки Ме давлением(800-1200оС). P<0,06%-обеспечивает хладноломкость-потеря пластичности при комнатной тем-ре. N<0,02…0,002% и O<0,02…0,002%. Нитриды и оксиды повышают прочность, но снижают вязкость за счет увеличения порога хладноломкости H<0,001…0,0007%. в) Cu Cr Ti Ni- случайные. Чем больше С, тем больше твердость, меньше пластичность и вязкость. Чем меньше С, тем больше цементита, который отличается высокой твердостью и очень высокой хрупкостью. Плотность с увеличением содержания С возрастает, достигая максимума при 0,8-0,9% С, затем падает. Падение прочности обусловлено образованием цементитной сетки.

Легирующие элементы специально вводят в стали для изменения каких-либо ее св-в. Fe-С-ЛЭ-примеси- общий вид состава легированных сталей. Фазы в легированных слалях 1) Легирующие элементы могут растворятся в основных фазах стали Флег Алег Цлег. (FeMn)3C- цементит легированный. 2) Специальные карбиды К – химические соединения легированных элементов. Cr23Co, Mo2C.3) Fe2Mo TiNi3- интерметаллические соединения. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства железа. На Структуру1) Элементы расширяющие область устойчивого состояния γ фазы – стабилизаторы аустенита Ni, Cu, Co, Mn. 2) Cr, Si, V, W, Mo – элементы сужающие область существования γ фазы – стабилизаторы феррита. На св-ва: Mn, Si, Ni, Mo, V- упрочняют св-ва стали. Все легирующие элементы кроме Ni в кол-ве 1-3% снижают ударную вязкость стали.

 

 

Углеродистые стали.

 

Углеродистые стали - Fe – основа, С <= 1,3%. Примеси а) полезные Mn<0,7% -вводят специально как раскислитель. Повышает плотность на снижая пластичность и вязкость. Si<0,5%- вводят специально как раскислитель.б) вредные S<0,06%-присутствует в виде FeS и обеспечивает красноломкость стали-потеря пластичности при горячей обрадотки Ме давлением(800-1200оС). P<0,06%-обеспечивает хладноломкость-потеря пластичности при комнатной тем-ре. N<0,02…0,002% и O<0,02…0,002%. Нитриды и оксиды повышают прочность, но снижают вязкость за счет увеличения порога хладноломкости H<0,001…0,0007%. в) Cu Cr Ti Ni- случайные. Чем больше С, тем больше твердость, меньше пластичность и вязкость. Чем меньше С, тем больше цементита, который отличается высокой твердостью и очень высокой хрупкостью. Плотность с увеличением содержания С возрастает, достигая максимума при 0,8-0,9% С, затем падает. Падение прочности обусловлено

образованием цементитной сетки.

Стали классифицируются по множеству признаков.

1. По химическому: составу: углеродистые и легированные.

2. По содержанию углерода:

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

o среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0,3…0,6 %;

o высокоуглеродистые, с содержанием углерода выше 0,7 %

3. По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.

4. По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора:

o, – углеродистые стали обыкновенного качества:

o – качественные стали;

o – высококачественные стали.

5. По способу выплавки:

o в мартеновских печах;

o в кислородных конверторах;

o в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.

6. По назначению:

o конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;

o инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;

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

Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380).

 

Стали содержат повышенное количество серы и фосфора

Маркируются Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп.

Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 - это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существует три группы сталей: А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав.

Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.

 

Качественные углеродистые стали

Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В). Степень раскисленности, в основном, спокойная.

Конструкционные качественные углеродистые стали Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной.

Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.

Содержание углерода, соответственно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %.

Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента.

Сталь У8, сталь У13.

Содержание углерода, соответственно, 0,8 % и 1,3 %

Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А, для обозначения высокого качества стали.

Сталь У10А.

 

Качественные и высококачественные легированные стали

Обозначение буквенно-цифровое. Легирующие элементы имеют условные обозначения, Обозначаются буквами русского алфавита.

Обозначения легирующих элементов:

Х – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам,

К – кобальт, Т – титан, А – азот (указывается в середине марки),

Г – марганец, Д – медь, Ф – ванадий, С – кремний,

П – фосфор, Р – бор, Б – ниобий, Ц – цирконий,

Ю – алюминий

 

Легированные конструкционные стали

Сталь 15Х25Н19ВС2

В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначение элемента, показывает его содержание в процентах,

Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %.

В указанной марке стали содержится 0,15 % углерода, 25% хрома, 19 % никеля, до 1,5% вольфрама, до 2 % кремния.

Для обозначения высококачественных легированных сталей в конце марки указывается символ А.

 

Легированные инструментальные стали

Сталь 9ХС, сталь ХВГ.

В начале марки указывается однозначное число, показывающее содержание углерода в десятых долях процента. При содержании углерода более 1 %, число не указывается,

Далее перечисляются легирующие элементы, с указанием их содержания.

Некоторые стали имеют нестандартные обозначения.

 

 

Серый и белый чугун.

Fe-C где С > 2%

- Низкя прочность,

- низкя пластичность,

- хорошие литейные свойства,

- чугуны дешевле сталей.

С в группах может находится в виде:

Ц – цементита,

Гр – графита,

Ц+Гр – графита и цементита.

В зависимости от вида присутствия углерода, различают:

Белые, серые, ковкие, высокопрочные.

а). Белый чугун.

Весь углерод присутствует в виде цементита.

Из белого чугуна можно получить серый чугун с помощью графитизации - процесс выделения углерода в виде графита при кристаллизации или охлаждении сплава.

б). Серый чугун.

Графит в пластинчатой форме.

Ф+Гр серый ферритный,

П+Гр серый перлитный,

Ф+П+Гр серый феритно-перлитный.

Ферритный применяют для слабо- и средне- нагруженных деталей.

Феритно-перлитный для деталей работающих при саттических нагрузках и динамических.

Перлитный при высоких нагрузках или в тяжелых условиях износа.

Свойства серых чугунов:

- низкие прочность и пластичность,

- хорошо обрабатываются резаньем,

- хорошие литейные свойства,

- хорошие антифрикционные свойства,

С415, С420. = 150 МПа

в). Высоко-прочный чугун.

Графит свернулся в шарики(из-за ввода Mg в небольших количествах)

Mg = 0,02 – 0,08%.

Ф=Гр; П+Гр; Ф+П+Гр.

В438 – 1,7 S = 1,7%(пластичность).(высокопрочный чугун), с прочностью = 380 МПа

Применение: для деталей работающих при высоких циклических нагрузках и в условиях изаншивания.

г). Ковкий чугун. К4

Ф+Гр, П+Гр.

Применение: для изготовления деталей высокой прочности, воспринимающих ударные и знакопеременные нагрузки.

К430-6.

 

 

16. Чугуны с шаровидным графитом.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293) могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу. Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования магнием или церием (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки). По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.

Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов - обратное.

Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести,что выше предела текучести стальных отливок. Также характерна достаточно высокая ударная вязкость и усталостная прочность,при перлитной основе.

Высокопрочные чугуны содержат: углерода – 3,2…3,8 %, кремния – 1,9…2,6 %, марганца – 0,6…0,8 %, фосфора – до 0,12 %, серы – до 0,3 %.

Эти чугуны обладают высокой жидкотекучестью, линейная усадка – около 1%. Литейные напряжения в отливках несколько выше, чем для серого чугуна. Из-за высокого модуля упругости достаточно высокая обрабатываемость резанием. Обладают удовлетворительной свариваемостью.

Из высокопрочного чугуна изготовляют тонкостенные отливки (поршневые кольца), шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов, изложницы, резцедержатели, планшайбы.

Отливки коленчатых валов массой до 2..3 т, взамен кованых валов из стали, обладают более высокой циклической вязкостью, малочувствительны к внешним концентраторам напряжения, обладают лучшими антифрикционными свойствами и значительно дешевле.

Обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на ВЧ 100.