Сплави на основі заліза
Сталі
Сталі в залежності від вмісту вуглецю поділяються на доевтектоїдні (С
Марганець та кремній є корисними домішками у сталі. Зміст марганцю перебуває у межах 0,5-0,8 %. Марганець нейтралізує шкідливий вплив сірки, знижуючи червоноламкість. Марганець підвищує міцність, практично не знижуючи пластичності. Кремній міститься у сталі не більше 0,3…0,4 %. Кремній суттєво підвищує межу плинності. У сталях, призначених для холодної пластичної деформації, кількість кремнію має бути мінімальною.
Гази погіршують властивості сталі. Кисень і азот, утворюючи тендітні неметалеві включення (окисли, нітриди), збільшують крихкість сталі та поріг холодноламкості. Водень, розчиняючись у сталі, підвищує її крихкість. У зв'язку з тим, що розчинність водню при охолодженні сталі зменшується, водень, що виділяється, накопичується в мікропорах, що призводить до утворення флокінів (надривів).
Вуглецеві конструкційні сталі поділяються на:
сталі звичайної якості ТУ 2651-94;
якісні сталі ГОСТ 1050-88;
сталі конструкційні підвищеної та високої оброблюваності різанням ГОСТ 1414-75.
Конструкційні вуглецеві сталі звичайної якості маркуються літерами «Ст» і мають порядковий номер від 0 до 6, спосіб розкислення сталі вказується після цифри (кп – кипляча, сп – спокійна, пс – підлозі спокійна). Наприклад, сталь Ст3пс. Зміст сірки та фосфору в цих сталях -1. Наприклад, чавун марки СЧ15: в=150 МПа.
Структура металевої основи може бути феритною (рис. 3.5, а) ферито-перлітною (рис. 3.5, б) та перлітною (рис. 3.5, в).
Чавун, у якого графіт має кулясту форму, називається високоміцним. Куляста формаграфітних включень унеможливлює гострі надрізи в металевій основі.
Мікроструктура ферито-перлітного високоміцного чавуну представлена на рис. 3.6.
Ковкий чавун має пластівцеву форму графітних включень. Отримують його тривалою витримкою білого чавуну за високої температури (близько 1000°С).
Мал. 3.6. Мікроструктура ферито-перлітного високоміцного чавуну
Така термічна обробка називається графітизуючим відпалом. Цементит розпадається із виділенням графіту як пластівців. Такі включення менше роз'єднують основу порівняно із сірим чавуном. Тому ковкий чавун міцніший і пластичніший за сірий чавун. Межа міцності його знаходиться в межах 300 ... 800 МПа, відносне подовження = 2 ... 12%. Позначають ковкі чавуни літерами КЧ, перші дві цифри показують межу міцності в МПа-10 -1 (ГОСТ 1215-79). Інші дві або одна - відносне подовження у відсотках. Наприклад, чавун марки КЧ300-6: ав=300 МПа, δ=6 %.
Структура феритного чавуну представлена на рис. 3.7, а. Перлітного – на рис. 3.7, б.
Чавун з вермікулярним графітом має червоподібну форму графітних включень. Особливістю структури цього чавуну є наявність у металевій основі великої кількості фериту (до 70…90%).
Чавун з вермікулярним графітом має більш високі службові властивості в порівнянні з сірим чавуном. Тимчасовий опір (межа міцності) його у межах 300-500 МПа, а відносне подовження – 1…3 %. Маркується такий чавун в такий спосіб: ЧВГ300-4, ЧВГ300-5, ЧВГ400-4, ЧВГ500-1 (ГОСТ 3926-99). Літери позначають приналежність до чавуну з вермікулярним графітом. Перше число - межа міцності при розтягуванні МПа, через дефіс - відносне подовження (%).
Мал. 3.7.Мікроструктура ковких чавунів
Леговані чавуни - це чавуни, леговані хромом, алюмінієм, кремнієм, нікелем та іншими елементами з метою отримання необхідних властивостей.
Для підвищення корозійної стійкості крем'янисті чавуни легують молібденом.
Хромисті чавуни стійкі у розчинах азотної кислоти будь-якої концентрації при нормальних температурах, у розчинах сірчаної кислоти (до 62%), фосфорної (до 70%), мають високу зносостійкість.
Жаростійкості, тобто. здатності не окислюватися за високих температур, домагаються легуванням кремнієм чи хромом.
Характерною особливістю нікелевих чавунів є їхня висока корозійна стійкість у розплавах солей та концентрованих розчинах лугів.
Контрольні питання
1. Які фази утворює залізо із вуглецем? Дайте їм визначення.
2. Дайте характеристику всім лініям на діаграмі Fe – Fe3C.
3. Що таке евтектика та евтектоїд?
4. Дайте визначення ледебуриту.
5. Що таке перліт?
6. На які групи діляться сталі залежно від вмісту вуглецю?
7. Яка структура сталей за кімнатної температури?
8. Як змінюються властивості сталі з підвищенням вмісту вуглецю?
9. У чому негативний вплив сірки та фосфору на властивості сталі?
10. У чому проявляється вплив марганцю та кремнію?
11. На які групи діляться сталі за призначенням?
12. Як маркуються вуглецеві конструкційні сталі звичайної якості? Наведіть приклад.
13. Яке значення мають цифри при маркуванні якісних конструкційних сталей?
14. У чому відмінність конструкційних сталей звичайної якості від якісних?
15. У чому особливості хімічного складу сталей підвищеної тависокої оброблюваності різанням?
16. Як маркуються стали підвищеної та високої оброблюваності різанням?
17. Як маркуються конструкційні леговані сталі?
18. Які чавуни відносяться до білих, а які – до графітизованих?
19. Що таке сірий чавун та як він маркується?
20. Яка форма графітних включень у високоміцному чавуні та як він маркується?
21. Що таке ковкий чавун? Наведіть приклади маркування.
22. Яка форма графітних включень у чавуні з вермікулярним графітом? Наведіть приклади маркування.
23. З якою метою проводять легування чавунів?