Поліморфні(температури) та магнітні перетворення

Класифікація металів

К черным металлам относятся:

· − железные металлы – железо, кобальт, никель, марганец;

· − тугоплавкие металлы; имеют температуру плавления выше чем у железа, т.е. более 15390С

· - титан, ванадий, хром, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам, технеций, гафний, рений;

· − урановые металлы (актиноиды) – торий, актиний, уран, нептуний, плутоний и др. (с 89 до 103 элемента);

· − редкоземельные металлы (с 57 -71 элементы), лантан, церий, ниодим и д.р.;

· − щелочноземельные металлы

· - литий, натрий, кальций, калий, рубидий, стронций, цезий, барий, франций, родий, скандий.

К цветным металлам относятся:

· − легкие – бериллий, магний, алюминий;

· − благородные металлы

· - рутений, радий, палладий, осмий, иридий, платина, золото, серебро и полублогородная медь;

· − легкоплавкие металлы – цинк, кадмий, ртуть, галлий, индий, талий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьма, висмут.

К металлам и сплавам относятся вещества получаемые порошковой металлургией.

Классификация неметаллических материалов:

· − органические и неорганические полимеры;

· − пластмассы;

· − композиционные материалы;

· − каучуки и резины;

· − клеящие материалы и герметики;

· − лакокрасочные покрытия;

· − графит;

· − стекло;

· − керамика.

 

Кристалічне та аморфне тіло

(якщо метали мають кристалічну будову чіткий розподіл атомів і утвор якась градка, аморфне - невпорядковане атомів та молекуув в матеріалі)

АМО́РФНЫЕ МЕТА́ЛЛЫ (метглассы, металлические стекла), твердые некристаллические металлы и их сплавы.
Основной метод получения аморфных металлов — быстрое охлаждение (со скоростями АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛЫ1000 К/с) жидкого расплава, такие аморфные сплавы называются металлическими стеклами (метглассами). Тонкие пленки аморфных металлов получают конденсацией паров или напылением атомов на холодную подложку. Можно также получить аморфные металлы при электрохимическом осаждении и при облучении кристаллических металлов интенсивными потоками ионов или нейтронов.
У аморфных металлов, так же как и у всех веществ в аморфном состоянии (см. АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ) отсутствуют характерные для кристаллов дифракционные максимумы на рентгено-, нейтроно- и электронограммах образцов при их исследовании дифракционными методами.

 

Типи красталічних граток

Для однозначного описания элементарной ячейки кристаллической решетки необходимо знание величин параметров a, b, c и углов между ними.

В 1848 г. французский ученый Бравэ показал, что изученные трансляционные структуры и элементы симметрии позволяют выделить 14 типов кристаллических решеток.

На рис. 2 показаны три типа элементарных ячеек кристаллических решеток, наиболее характерные для металлов: объемноцентрированная кубическая (ОЦК); гранецентрирован ная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГП), а также схемы упаковки в них атомов.

В кубической гранецентрированной решетке (ГЦК; А1) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани (рис. 2, б).

В кубической объемноцентрированной решетке (ОЦК; А2) атомы расположены в вершинах куба, а один атом — в центре его объема (рис. 2,а).

В гексагональной плотноупакованной решетке (ГП; А3) атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома — в средней плоскости призмы (рис. 2, в).

Поліморфні(температури) та магнітні перетворення

Аллотропия (полиморфизм) – способность некоторых металлов существовать в различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий (давление, температура).

Каждый вид решетки представляет собой аллотропическое видоизменение или модификацию.

Примером аллотропического видоизменения в зависимости от температуры является железо (Fe):

t < 911^о C – ОЦК – Fe_α;

911 < t < 1392^о C – ГЦК – Fe_γ;

1392 < t < 1539^о C – ОЦК – Fe_δ (высокотемпературное Fe_α).

Превращение одной модификации в другую протекает при постоянной температуре и сопровождается тепловым эффектом. Видоизменения элемента обозначается буквами греческого алфавита в виде индекса у основного обозначения металла.

Примером аллотропического видоизменения, обусловленного изменением давления, является углерод: при низких давлениях образуется графит, а при высоких – алмаз.

Используя явление полиморфизма, можно упрочнять и разупрочнять сплавы при помощи термической обработки.

Материаловедение. Металловедение.
Анизотропия. Анизотропия кристаллов. Анизотропия свойств. Изотропия.

Магнитные превращения

Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы.

При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определенной температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа – 768^о C). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектронного взаимодействия.

Повернення і рекристалізація

(якщо матеріал буд деформ то там зявилося наклеп якщо нагрівати то там щародж нові з

Зерна то - рекрісталізація)

Рекристаллизация — процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других той же фазы. Скорость рекристаллизации резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают три стадии рекристаллизации: первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией, собирательную — неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается, и вторичную рекристаллизацию, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен. В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).

Наклёп — упрочнение поверхности металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации, при температуре ниже температуры рекристаллизации. Наклёп сопровождается выходом на поверхность образца дефектов кристаллической решётки, увеличением прочности и твёрдости и снижением пластичности, ударной вязкости, сопротивления металлов деформации противоположного знака (эффект Баушингера).

В машиностроении наклёп используется для поверхностного упрочнения деталей. Наклёп приводит к возникновению в поверхностном слое детали благоприятной системы остаточных напряжений, влияние которых главным образом и определяет высокий упрочняющий эффект поверхностной пластической деформации (ППД), выражающийся в повышении усталостной прочности, а иногда и износостойкости. Для получения упрочненного наклёпом поверхностного слоя заготовку подвергают обработке различными видами ППД, например, обкатка роликами, дробеструйная обработка, поверхностное дорнование и др.

Деформационный наклёп

Дробеструйный наклёп — упрочнение, которое достигается за счёт кинетической энергии потока круглой чугунной или стальной дроби, а также других круглых дробей, например керамической, направляемым скоростным потоком воздуха, или роторным дробомётом.

Центробежно-шариковый наклёп (нагартовка) — создаётся за счёт кинетической энергии шариков (роликов), расположенных на периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются вглубь гнезда.

 

Маркування сталей

Маркіровка сталей

Прийняте буквено-цифрове позначення сталей

Вуглецеві сталі звичайної якості (ГОСТ 380).

Сталі містять підвищену кількість сірі і фосфору

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

Ст - індекс даної групи стали. Цифри від 0 до 6 - це умовний номер мазкі сталі. Із збільшенням номера марки зростає міцність і знижується пластичність стали. По гарантіях при постачанні існує три групи сталей: А, Би і В. Для сталей групи А при постачанні гарантуються механічні властивості, в позначенні індекс групи А не указується.
Для сталей групи Б гарантується хімічний склад. Для сталей групи В при постачанні гарантуються і механічні властивості, і хімічний склад.

Індекси кп, пс, сп указують ступінь раськісленності стали: кп - кипляча, пс - напівспокійна, сп - спокійна.

Якісні вуглецеві стали

Якісні сталі поставляють з гарантованими механічними властивостями і хімічним складом (група В). Ступінь раськісленності, в основному, спокійний.

Конструкційні якісні вуглецеві стали Маркіруються двухзначним числом, вказуючим середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка. Указується ступінь раськісленності, якщо вона відрізняється від спокійної.

Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.

Зміст вуглецю, відповідно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %.

Інструментальні якісні вуглецеві стали маркіруються буквою У (вуглецева інструментальна сталь) і числом, вказуючим вміст вуглецю в десятих долях відсотка.

Сталь У8, сталь У13.

Зміст вуглецю, відповідно, 0,8 % і 1,3 %

Інструментальні високоякісні вуглецеві стали. Маркіруються аналогічно якісним інструментальним вуглецевим сталям, тільки в кінці марки ставлять букву А, для позначення високої якості стали.

Сталь У10А.

Якісні і високоякісні леговані стали

Позначення буквено-цифрове. Легуючі елементи мають умовні позначення, Позначаються буквами російського алфавіту.

Позначення легуючих елементів:

Х - хром, Н - нікель, М - молібден, В - вольфрам,

До - кобальт, Т - титан, А - азот (указується в середині марки),

Г - марганець, Д - мідь, Ф - ванадій, З - кремній,

П - фосфор, Р - бір, Би - ніобій, Ц - цирконій,

Ю - алюміній

Леговані конструкційні стали

Сталь 15Х25Н19ВС2

На початку марки указується двухзначноє число, що показує вміст вуглецю в сотих долях відсотка. Далі перераховуються легуючі елементи. Число, наступне за умовним позначення елементу, показує його вміст у відсотках, Якщо число не стоїть, то зміст елементу не перевищує 1,5 %.

У вказаній марці сталі міститься 0,15 % вуглецю, 35% хрому, 19 % нікелю, до 1,5% вольфраму, до 2 % кремнію.

Для позначення високоякісних легованих сталей в кінці марки указується символ А.

Леговані інструментальні стали

Сталь 9ХС, сталь ХВГ.

На початку марки указується однозначне число, що показує вміст вуглецю в десятих долях відсотка. При змісті вуглецю більше 1 %, число не указується,

Далі перераховуються легуючі елементи, з вказівкою їх змісту.

Деякі сталі мають нестандартні позначення.

Швидкорізальні інструментальні стали

Сталь Р18

Р - індекс даної групи сталей (від rapid - швидкість). Зміст вуглецю більше 1%. Число показує зміст основного легуючого елементу - вольфраму.

У вказаній сталі зміст вольфраму - 18 %.

Якщо сталі містять ті, що легують елемент, то їх зміст указується після позначення відповідного елементу.

Шарікоподшипниковиє стали

Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС

Ш - індекс даної групи сталей. Х - указує на наявність в сталі хрому. Подальше число показує вміст хрому в десятих долях відсотка, у вказаних сталях, відповідно, 0,6 % і 1,5 %. Також указуються що входять з склад стали легуючі елементи. Зміст вуглецю більш 1 %.

15 - класифікація та маркування чавунів (білі сірі.....)

Класифікація

Виливки з чавуну класифікують за: станом вуглецю, формі включень графіту, структурі металевої основи, хімічним складом, технології одержання і призначенням.

Станом вуглецю (хімічно зв'язаний або структурно вільний) розрізняють білий, сірий і половинчастий (вибілений) чавуни.

У білому чавуні (таку назву він отримав за кольором зламу) вуглець хімічно зв'язаний з залізом у вигляді цементиту Fe3С. Білий чавун має високу твердість, крихкістю і поганий оброблюваністю різанням. Основна маса білого чавуну йде на переробку в сталь.

У сірому чавуні (сірий злам) вуглець знаходиться у вільному стані у вигляді графітових включень. Сірий чавун відрізняється від білого меншою твердістю і крихкістю, а також хорошою оброблюваністю різанням. Хороші ливарні властивості сірого чавуну грають важливу роль при одержанні виливків.

Половинчастий (вибілений) чавун характеризується одночасною наявністю в його структурі цементиту і графіту. Цементит знаходиться в поверхневому шарі виливки (охолоджуюча з найбільшою швидкістю), а графіт - у внутрішній порожнині (серцевині), охолоджують з найменшою швидкістю. Такий чавун має високу зносостійкість, але погано обробляється різанням.

За формою графітових включень розрізняють: чавун сірий з пластинчастим графітом, високоміцний з кулястим графітом, ковкий з сиплеся графітом і чавун з вермікулярним (червоподібним) графітом.

За типом структури металевої основи чавун буває: феритних, перлітним і ферритно-перлітним.

За хімічним складом чавун поділяють на нелегований і легований.

Нелегований чавун містить залізо, вуглець і звичайні домішки - кремній, марганець, сірку і фосфор. Легований чавун має більш складний хімічний склад: в якості легуючих елементів використовуються нікель, хром, молібден, мідь та інші елементи, а також кремній і марганець у кількості, що перевищує їх домішкової зміст.

За технологією отримання розрізняють звичайні або немодифіковані чавуни та модифіковані чавуни.

Модифікування - введення в розплав чавуну в невеликих кількостях спеціальних добавок - модифікаторів, які сприяють подрібненню пластин графіту або отримання частинок графіту у формі кулі. У результаті модифікування механічні властивості чавуну поліпшуються: зростає міцність, пластичність і в'язкість.

За призначенням розрізняють чавун загального призначення (сірий, ковкий, високоміцний тощо) і спеціального призначення (антифрикційний, корозійно-стійкий, жаростійкий, жароміцний та ін.)

Маркування

Чавун маркується літерами СЧ і цифрами, перша з яких характеризує межа міцності чавуну даної марки при розтягуванні, друга - при вигині (кг/мм2). Найбільшого поширення набули чавуни марок: СЧ12-28; СЧ15-32; СЧ18-36; СЧ 21-40; СЧ 24-44; СЧ 28-48; СЧ 32-52; СЧ 38-60, причому перші п'ять марок мають перлітною- феритної металеву основу, останні три - перлітну. Міцність сірих чавунів всіх марок при стисканні значно перевищує міцність при розтягуванні. Наприклад, для чавуну марки СЧ 24-44, що має межу міцності при розтягуванні 24 кгс/мм2, межа міцності при стисненні становить 85 кгс/мм2. Для збільшення міцності чавуну графітовим включенням надають кулясту форму шляхом введення магнію в ківш перед розливанням. При цьому чавун набуває і деяку пластичність. Високоміцні чавуни маркують літерами ВЧ і цифрами, перша з яких характеризує тимчасовий опір чавуну при розтягуванні (кгс/мм2), друга - відносне подовження (%). Наприклад, ВЧ 60-2 або ВЧ 40-10.

Ковкі чавуни маркують літерами КЧ і цифрами, які позначають тимчасові опору при розтягуванні (кгс/мм2) та відносне подовження (%). Прикладами марок ковких чавунів можуть служити КЧ 38-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12; КЧ 30-6 з феритної металевою основою і КЧ 45-6; КЧ 50-4 і КЧ 60-3, мають ферритно-перлітну основу.

При цьому складі структура чавуну в більшій мірі залежить від швидкості охолодження.

При цьому складі чавуну, наприклад при сталості сумарного вмісту вуглецю і кремнію, а також інших елементів, що входять до його складу, можна отримати цементитний, а також перлітною-феритний чавун.

Ковкий чавун ()

Ковкий чавун - умовна назва м'якого і в'язкого чавуну, одержуваного з білого чавуну відливанням і подальшої термічною обробкою. Використовується тривалий відпал, в результаті якого відбувається розпад цементиту з утворенням графіту, тобто процес графітизації, і тому такий відпал називають графітізірующім.
Ковкий чавун, як і сірий, складається з сталистого основи і містить вуглець у вигляді графіту, проте графітові включення до ковкому чавуні інші, ніж у звичайному сірому чавуні. Різниця в тому, що включення графіту в ковкому чавуні розташовані у формі пластівців, які виходять при відпалі, і ізольовані один від одного, в результаті чого металева основа менш роз'єднана, і чавун володіє деякою в'язкістю і пластичністю. Через свою сиплеся форми і способу отримання (відпал) графіт в ковкому чавуні часто називають вуглецем відпалу.

За складом білий чавун, що піддається отжигу на ковкий чавун, є доевтектичні і має структуру ледебурит + цементит (вторинний) + перліт. Для отримання структури ферит + вуглець відпалу в процесі відпалу повинен бути розкладений цементит ледебуріта, вторинний цементит і цементит евтектоїдних, тобто входить до перліт. Розкладання цементиту ледебуріта і цементиту вторинного (частково) відбувається на першій стадії графітизації, яку проводять при температурі вище критичної (950-1000 ° С); розкладання евтектоїдних цементиту відбувається на другій стадії графітизації, яку проводять шляхом витримки при температурі нижче критичної (740-720 ° C), або при повільному охолодженні в інтервалі критичних температур (760-720 ° C).

Під час кристалізації)

Білий чавун (крихкий, містить ледебурит і не містить графіт)
Білий чавун - вид чавуну, в якому вуглець у зв'язаному стані у вигляді цементиту, в зламі має білий колір і металевий блиск. У структурі такого чавуну відсутні видимі включення графіту і лише незначна його частина (0,03-0,30%) виявляється тонкими методами хімічного аналізу або візуально при великих збільшеннях. Основна металева маса білого чавуну складається з цементітную евтектики, вторинного та евтектоїдних цементиту, а легованого білого чавуну - з складних карбідів і легованого фериту.

Старіння сталей

Старение стали — изменение свойств материала (стали), протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Такие процессы происходят главным образом в низкоуглеродистых сталях (менее 0,25 % С). При старении за счёт скопления атомовуглерода на дислокациях или выделения избыточных фаз и феррита (карбидов, нитридов) повышаются прочность, порог хладноломкости и снижается сопротивление хрупкому разрушению. Склонность стали к старению снижается при легировании её алюминием, титаном или ванадием. Существует старение: термическое и механическое. Термическое – п ри ускоренном охлаждении с 650—700 °C в низкоуглеродистой стали задерживается выделение третичного цементита и при нормальной температуре фиксируется перенасыщенный раствор (феррит). При последующей выдержке стали при нормальной температуре или при повышенной 50-150 °C происходит образование атмосфер Коттрелла или распад твёрдого раствора с выделением третичного цементита (ε-карбида) в виде дисперсных частиц. Старение технического железа (стали) также может быть вызвано выделением твёрдых частиц нитрида Fe₁₆N₂ или Fe₄N. Механическое или деформационное старение — это процесс, протекающий после пластической деформации, если она происходит ниже температуры рекристаллизации. Такое старение развивается в течение 15-16 суток при комнатной температуре и в течение нескольких минут при 200—350 °C. При нагреве деформированной стали возможно образование частиц карбидов и метастабильной нитридной фазы Fe₁₆N₂ или стабильного нитрида Fe₄N. Развитие деформационного старения резко ухудшает штампуемость листовой стали, поэтому многие углеродистые стали подвергают обязательно испытаниям на склонность их к деформационному старению.

Відпал сталей

Відпал - процес термообробки металу, при якому виробляється нагрівання, потім повільне охолодження металу. Перехід структури з нерівноважного стану до більш рівноважного. Відпал першого роду, його види: повернення (він же відпочинок металу), рекрісталлізаціонний відпал (він же називається рекристалізація), відпал для зняття внутрішніх напружень, дифузійний відпал (ще називається гомогенізація). Відпал другого роду - зміна структури сплаву за допомогою перекристалізації близько критичних точок з метою одержання рівноважних структур. Відпал другого роду, його види: повний, неповний, ізотермічний отжиги.

Повернення (відпочинок) стали - нагрівання до 200 - 400 ^o, відпал для зменшення або зняття наклепу. За результатами відпалу спостерігається зменшення спотворень кристалічних граток у кристалітів і часткове відновлення фізико-хімічних властивостей сталі.

рекристаллизационного відпал стали (рекристалізація) - нагрівання до температур 500 - 550 ^o; відпал для зняття внутрішніх напружень - нагрівання до температур 600 - 700 ^o. Ці види відпалу знімають внутрішні напруги металу виливків від нерівномірного охолодження їх частин, також у заготовках, оброблених тиском (прокаткою, волочінням, штампуванням) з використанням температур нижче критичних. Внаслідок рекристаллизационного відпалу з деформованих зерен виростають нові кристали, ближче до рівноважним, тому твердість сталі знижується, а пластичність, ударна в'язкість збільшуються. Щоб повністю зняти внутрішні напруження стали потрібна температура не менше 600 ^o.

Дифузійний відпал стали (гомогенізація) застосовується тоді, коли сталь має внутрікристалічних ликвацию. Вирівнювання складу в зернах аустеніту досягається дифузією вуглецю та інших домішок у твердому стані, поряд з самодифузії заліза. За результатами відпалу, сталь стає однорідною за складом (гомогенної), тому дифузійний відпал називає також гомогенізацією.

Повний відпал стали пов'язаний з фазовою перекристалізацією, подрібненням зерна при температурах точок А _С1 і А _С2. Призначення його - поліпшення структури стали для полегшення подальшої обробки різанням, штампуванням або загартуванням, а також отримання дрібнозернистої рівноважної перлітною структури готової деталі. Для повного відпалу сталь нагрівають на 30-50 ^o вище температури лінії GSK і повільно охолоджують.

відпалу надлишковий цементит (відманштетовий структура характеризується штріхообразним розташуванням надлишкового цементиту.

 

Маркуванні легованих сталей

У маркуванні конструкційних сталей звичайної якості літерами Б або В (група А в позначенні марки не вказується) вказують групи. Букви Ст. в марці означають «сталь», цифри від 0 до 6 - умовний номер марки, якому відповідають або певні механічні властивості (група А), або хімічний склад (група Б), або те й інше (група В). Для позначення ступеня розкислення у марці сталі, після номера додають індекси сп, пс, кп. Якщо індексу немає, то сталь даної марки випускається тільки спокійною.
Якісні конструкційні сталі маркують двозначними числами, що показують середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка. До марки киплячої сталі додають індекс кп (08 кп). При підвищеному вмісті марганцю (0,71%) в кінці марки ставлять букву Г (65Г).

Інструментальні вуглецеві сталі маркують буквою У і числом (від 7 до 13), що показує середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка. В марці високоякісних сталей повинна бути літера А (У7А, УЯА і т. Л.)

Леговані стали поділяють за призначенням на конструкційні, інструментальні і з особливими властивостями. Конструкційні сталі застосовують для виготовлення відповідальних деталей машин, коли потрібне поєднання високої міцності, твердості і зносостійкості з пластичністю і в'язкістю. З легованих інструментальних сталей виготовляють такі металообробні інструменти, як свердла в Киеве, ножівкові полотна в Киеве, напильники, мітчики, плашки. До сталей з особливими властивостями відносять корозійно-стійкі (нержавіючі), жароміцні, зносостійкі і т.п. Для товарів народного споживання (посуду, ножів, столових приладів, лез для безпечних бритв і т. д.) використовують, головним чином, нержавіючі сталі.

Для маркування легованих сталей застосовують буквено-цифровий шифр. На початку марки поміщають число, що позначає середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка (однозначне число) або сотих частках відсотка (двозначне число). Якщо перед маркою число не стоїть, то це означає, що сталь містить вуглецю 1% або більше. Вид легуючих компонентів позначають буквою: Х-хром, Н-нікель, Т-титан, Ф-ванадій, М-молібден, В-вольфрам, Г-марганець, С-кремній і т. д. Після кожної букви вказують вміст у відсотках відповідного елементу. Якщо зміст якого-небудь легуючого елемента менше 11,5%, число не проставляють. Наприкінці марки високоякісної сталі ставлять букву А. Це означає, що у складі стали шкідливих домішок (сірки і фосфору) не більш ніж по 0,03%. В марці сталі якісної, яка містить дещо більше сірки і фосфору, немає букви А.
Розшифруємо марки легованих сталей, найбільш часто використовуваних у виробництві товарів.

12х13, 20Х13, ЗОХ13, 40Х13 - якісні хромисті корозійно-стійкі (нержавіючі) сталі, що містять відповідно 0,12; 0,2; 0,3; 0,4% вуглецю і 12-14% хрому.
12Х18Н9, 17Х18Н9 - якісні хромонікелеєві сталі, що містять 0,12; 0,17% вуглецю, 17-18% хрому і 8-10% нікелю.

9ХС - якісна інструментальна хромо-кремниевая сталь з вмістом в середньому 0,9% вуглецю, близько 1% хрому і 1% кремнію.

Пружинні сталі

. Пружина - пружний елемент, призначений для накопичення і поглинання механічної енергії. Пружини виготовляються з матеріалів, що мають високі міцнісні і пружні властивості. Пружини загального призначення виготовляють з високовуглецевих сталей (У9А-У12А, 65, 70), легованих мар-ганців, кремнієм, ванадієм (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, що працюють в агресивних середовищах, при-міняють бериллиевую бронзу (БРБ-2), кремнемарганцевої бронзу (БрКМц3-1), оловянноцінковую бронзу (БРОЦ-4-3). Невеликі пружини можна навивати з готового дроту, в той час як потужні виготовлятися-вають з обпаленого сталі і загартовуються вже після формування.
Види пружин:
1. За конструкцією:
-Кручені циліндричні;
-Кручені конічні;
-Спіральні;
-Тарілчасті;
-Пластинчасті (наприклад, ресори):
-Торсіон.
2. По виду сприйманого навантаження:
-Пружини стиснення;
-Пружини розтягування;
-Пружини кручення;
-Пружини вигину.
Пружини розтягання -
розраховані на збільшення довжини під навантаженням. У ненавантаженому стані зазвичай мають зімкнулися витки. На кінцях для закріплення пружини на конструкції є гачки або кільця.
Пружини стиску -
розраховані на зменшення довжини під навантаженням. Витки таких пружин без навантаження не торкаються один одного. Кінцеві витки підтискають до сусідніх і торці пружини шліфують. Довгі пружини стиснення, щоб уникнути втрати стійкості, ставлять на оправлення або склянки.
Тарілчаста пружина -
це пологе конічне кільце, піддається в процесі в процесі використання осьовим навантаженням. У залежності від області застосування тарілчасті пружини можуть відчувати динамічно або статичні навантаження. Пружина тарілчаста характеризується наступними параметрами:

- Зовнішній діаметр;

- Внутрішній діаметр;

- Товщина матеріалу;

- Габаритна висота.

Витки пружин розтягування -стиснення відчувають напруги крутіння під дією постійного по величині моменту.
З точки зору класичної фізики, пружину можна розглядати як пристрій, що нагромаджує по-тенційно енергію шляхом зміни відстані між атомами еластичного матеріалу.
У теорії пружності законом Гука встановлено, що розтягнення еластичного стержня пропорційно при-близько до нього силі, спрямованої уздовж його осі. У реальності цей закон виконується не точно, а тільки при малих розтягування і стиснення. Якщо напруга перевищує певну межу (межа плинності) в матеріалі наступають незворотні порушення його структури, і деталь руйнується або отримує необра-тімую деформацію. Слід зазначити, що багато реальні матеріали не мають чітко визначеного межі плинності, і закон Гука до них непридатний.
Жорсткість пружини -
коефіцієнт пропорційності між деформуючою силою і деформацією в законі Гука.

Жорсткість пружини:
- Чисельно дорівнює силі, яку треба прикласти до пружності зразком, щоб викликати його одиничну деформацію;
- Залежить від матеріалу, з якого виготовлено зразок, і розмірів зразка.

Інструментальні сталі

За хімічним складом інструментальні сталі поділяються на вуглецеві, леговані і швидкорізальні. Вони мають різну теплостійкість і мало відрізняються за твердістю.

Вуглецеві інструментальні сталі застосовуються для виготовлення різальних інструментів, які працюють з малими швидкостями різання. Основним елементом вуглецевих сталей є вуглець з вмістом від 0,7...1,4%. Крім вуглецю, ця сталь має обмежений вміст марганцю, кремнію, хрому, нікелю, сірки і фосфору. Найрозповсюдженішими є сталі У10, У10А, У12А, У13А, де цифрами вказано вміст вуглецю в десятих частках процента. Після відповідної термообробки (твердість НRС 60...62) теплостійкість цих інструментальних сталей досягає 250ºС. У разі більшої темтератури твердість інструменту значно знижується і він втрачає свої різальні властивості. З вуглецевих інструментальних сталей виготовляють зубила, кернери, напилки, шабери, ножівкові полотна, мітники, зенкери, розвертки та інші інструменти. Леговані інструментальні сталі мають підвищену різальну здатність унаслідок наявності в хімічному складі таких легуючих елементів: хрому, вольфраму, кремнію, ванадію, молібдену та ін. Теплостійкість їх досягає 350ºС. Твердість після термічної обробки НRС 62...64. Виготовлені інструменти з цих сталей можна використовувати для роботи на помірних швидкостях різання. Найпоширеніші марки легованих сталей такі: хромисті (9Х, Х), хромовольфрамові (ХВ5), хромовольфрамомарганцеві (ХВГ), хромокремниста (9ХС). З них виготовляють протяжки, мітники, плашки, свердла, розвертки та інші інструменти.

Швидкорізальні інструментальні сталі характеризуються значним вмістом вольфраму (6...19 %), хрому (3...4,5 %), молібдену (3...6 %). Під час нагрівання в процесі різання до високих температур (600...650º С) не втрачають своєї твердості і різальних властивостей. Для виготовлення верстатних різальних інструментів (різців, свердл, розверсток, фрез, зенкерів та ін.) застосовують сталі Р9, Р12, Р18, Р6М3, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф2 та ін.

Корозійні сталі

Коро́зія металів — процес хімічного руйнування металів і сплавів при їх взаємодії з зовнішнім середовищем: повітрям, водою, розчинами електролітів тощо. Розрізняють два види корозії: хімічну і електрохімічну.

Хімічна корозія відбувається в середовищах, які не проводять електричного струму. Вона обумовлюється дією на метали неелектролітів (спирту, бензину, мінеральних масел тощо) і сухих газів (кисню, оксидів азоту, хлору, хлороводню, сірководню і ін.) при високій температурі (так звана газова корозія).

У результаті взаємодії металів із зовнішнім середовищем їх поверхня вкривається тонким шаром (плівкою) різних хімічних сполук (продуктів корозії): оксидів, хлоридів, сульфідів і т. д. Інколи цей шар такий щільний, що крізь нього не може проникати агресивне середовище. В таких випадках з часом швидкість корозії зменшується, а то й зовсім припиняється. Наприклад, алюміній в атмосфері повітря кородує значно повільніше від заліза, хоч за своїми хімічними властивостями він активніший від заліза. Це пояснюється тим, що поверхня алюмінію вкривається суцільною, досить щільною і міцною оксидною плівкою, яка ізолює метал від доступу кисню, а оксидна плівка заліза, навпаки, є крихкою і ламкою, містить багато пор і тріщин, через що кисень повітря крізь неї легко проникає до поверхні заліза, і тим обумовлюється безперервне його руйнування.

Електрохімічна корозія більш поширена і завдає значно більшої шкоди, ніж хімічна. Вона виникає при контакті двох металів у середовищі водних розчинів електролітів. На відміну від хімічної електрохімічна корозія супроводжується переміщенням валентних електронів з одної ділянки металу на іншу, тобто виникненням місцевих електричних струмів внаслідок утворення на кородуючій поверхні так званих гальванічних пар.

Для кращого розуміння механізму електрохімічної корозії розглянемо докладніше процес розчинення металу в розчині електроліту з виділенням водню, наприклад розчинення цинкової пластинки в розведеній сульфатній кислоті без контакту і в контакті з мідною пластинкою.

 

При зануренні цинкової пластинки в кислоту атоми цинку з її поверхні поступово переходять у розчин у вигляді іонів Zn²⁺, а їх валентні електрони залишаються на поверхні металу. Внаслідок цього на границі метал—електроліт утворюється подвійний електричний шар. Внутрішню обкладку цього шару утворюють негативні заряди надлишкових електронів (позначених знаком —), а зовнішню обкладку — позитивні заряди іонів цинку (позначених знаком +). Внаслідок взаємного притягання між протилежними зарядами іони цинку, що переходять у розчин, містяться поблизу поверхні металу. Дальший процес розчинення цинку стає можливим лише завдяки тому, що іони водню підходять до поверхні цинку і приєднують надлишкові електрони. При цьому іони цинку перестають утримуватись у подвійному електричному шарі негативними зарядами і вільно дифундують у глибину розчину, а на їх місце з поверхні металу переходять нові іони цинку і т. д. Таким чином, приєднання надлишкових електронів з поверхні металу іонами водню електроліту забезпечує безперервний перехід іонів цинку в розчин, тобто його розчинення, (кородування).

Боротьба з корозією

Одним з найбільш поширених способів боротьби з корозією є покриття металу (головним чином заліза) масляними фарбами. Захисна дія фарби основується на тому, що оліфа, піддаючись полімеризації, утворює на поверхні металу суцільну еластичну плівку, яка ізолює метал від дії атмосферних хімічних агентів. Інколи для захисту металу від корозії (наприклад, алюмінію і деяких стальних виробів) штучно створюють оксидну плівку обробкою їх поверхні сильними окисниками.

Значного поширення одержав також спосіб покриття одного металу іншим. Наприклад, дахове залізо покривають тонким шаром цинку. З цією метою залізні листи занурюють на короткий час у розплавлений цинк. Сам по собі цинк в атмосфері повітря не піддається корозії, оскільки на його поверхні утворюється досить стійка захисна оксидна плівка ZnO. При пошкодженні цинкового шару (тріщини, подряпини тощо) цинк з залізом у присутності вологи повітря утворює гальванічну пару. При цьому електрохімічному корозійному руйнуванню піддається цинк як активніший метал, а залізо не руйнується доти, поки не буде зруйнований весь захисний шар цинку.

Тугоплавкі металі