Тема занятия: Железоуглеродистые сплавы
Классификация сталей и чугунов.
Сталь - сплавжелеза с углеродом, в котором углерода менее 2,14 %
Классификация сталей
Стали классифицируют по следующим признакам: химическому составу, способу производства, качеству, степени раскисления, назначению и структуре.
По химическому составу различают стали
- углеродистые и
- легированные.
Сталь, содержащая железо, углерод и постоянные примеси в количестве до 0,5-0,8%Мn; 0,3-0,4%Si (содержание серы и фосфора определяются качеством стали) называется углеродистой.
Если же в процессе выплавки стали к ней добавляют легирующие элементы – хром, никель, ванадий и др., а также марганец и кремний в повышенном количестве по сравнению с углеродистой, то такую сталь называют легированной.
Углеродистые стали по содержанию в них углерода подразделяют на
- низкоуглеродистые (до 0,3 % С),
- среднеуглеродистые (0,3 – 0,7%С) и
- высокоуглеродистые (более 0,7 % С).
В сварных конструкциях в основном применяют низкоуглеродистые стали.
Легированные стали в зависимости от наличия в них легирующих элементов называют хромистыми, кремнистыми, хромоникелевыми и т.п.,
В зависимости от общего содержания легирующих элементов подразделяют на
- низколегированные – до 3 %,
- среднелегированные от 3 до 10 % и
- высоколегированные – более 10 %.
По способу производства различают стали
- мартеновские (выплавка в мартеновских печах) – переработка чугуна, металлического лома и отходов металлургического производства;
- бессемеровские (конвертерные) – выплавляемые в конверторах с продувкой кислородом, однородны по составу, имеют низкое содержание азота, серы и фосфора;
- электростали, выплавляемые в электрических печах, по качеству превосходят все остальные виды и, наконец,
- стали особых методов выплавки (индукционный нагрев, магнитное перемешивание и т.д.).
По качеству стали классифицируют на
- обыкновенного качества,
- качественные,
- высококачественные.
Критерием качества стали является, главным образом, содержание вредных примесей - серы и фосфора.
1.Стали обыкновенного качества содержат до 0,060 % S и 0,070 % Р, качественные – до 0,040 % S и 0,035 % Р, высококачественные – не более 0,025 % S и 0,025 % Р, а особо высококачественные – не более 0,015 % S и 0,025 % Р. Необходимо отметить, что углеродистые стали могут быть обыкновенного качества и качественные, а легированные только качественные или высококачественные (особо высококачественные).
Сталь углеродистую обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.
По степени раскисления стали делят на
- спокойные (сп) - полностью раскисленные ферромарганцем, феррокремнием и алюминием;
- кипящие (кп) - частично раскисленные только ферромарганцем, в ней сохраняется много окиси железа, которая взаимодействует с углеродом, выделяя газ СО (пузырьки газа создают впечатление “кипения”);
- полуспокойные (пс) – раскисленные ферромарганцем и алюминием – промежуточное положение между кипящей и спокойной сталями.
Степень раскисления стали указывается в конце обозначения марки, например, Ст3кп, Ст2пс, Ст1сп.
Буквы Ст обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы «кп», «пс», «сп» — степень раскисления «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная).
По назначению стали подразделяют на
1. конструкционные (для изготовления деталей машин и конструкций),
- Качественные стали маркируют следующим образом:
в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации;
а) в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода;
60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;
- Инструментальные стали (для различного рода инструмента) и
У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная
У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;
У8А - углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода;
- Специальные стали с особыми свойствами (с коэффициентом расширения, магнитные и др.).
Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами "ШХ", после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:
ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;
ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.
Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой "Р", следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:
Р18-быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама;
Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобальта.
Автоматные стали обозначают буквой "А" и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:
А12 - автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);
А40Г - автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5% содержанием марганца.
Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами), в котором содержание углерода более 2,14 %.
Классификация чугунов
Классификация чугуна с различной формой графита производится по ГОСТ 3443-77. По специально разработанным шкалам оценивают форму включений графита, их размеры, характер распределения и количество, а также тип металлической основы.
Классификация чугуна осуществляется по следующим признакам:
o по состоянию углерода – свободный или связанный;
o по форме включений графита – пластинчатый, вермикулярный, шаровидный, хлопьевидный;
o по типу структуры металлической основы (матрицы) – ферритный, перлитный; имеются также чугуны со смешанной структурой: например феррито-перлитные;
o по химическому составу – нелегированные чугуны (общего назначения) и легированные чугуны (специального назначения).
В зависимости от формы выделения углерода в чугуне различают:
· белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe3C;
· половинчатый чугун, в котором основное количество углерода (более 0,8 %) находится в виде цементита;
· серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита;
· отбеленный чугун, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой — белого;
· высокопрочный чугун, в котором графит имеет шаровидную форму;
· ковкий чугун, получающийся из белого путем отжига, при котором углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита.
Серые чугуны маркируют буквами СЧ и цифрами (ГОСТ 1412-85), показывающими предел прочности при испытаниях на растяжение: СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧЗО, СЧ35, СЧ40, СЧ45. Например, СЧ10 — серый чугун, предел прочности при растяжении 100 МПа.
Высокопрочный чугун маркируют буквами ВЧ и цифрой, характеризующей величину предела прочности при растяжении, например, ВЧ35, ВЧ40 (ГОСТ 7293-85).
Согласно ГОСТ 1215-79 ковкий чугун обозначают буквами КЧ и двумя цифрами: первая обозначает предел прочности при растяжении, а вторая — относительное удлинение в процентах. Например, КЧ50-5.
Домашнее задание:
1. Прочитайте конспект
2. Выпишите определения стали и чугуна
3. Запишите классификацию стали и чугуна