Хімічний склад стали

Класифікація стали за хімічним складом

За хімічним складом сталь поділяють на вуглецеву і леговану. Вуглецеві сталі поділяють за змістом вуглецю на:

· Маловуглецеві: менше 0,3% вуглецю;

· Середньовуглецеві: 0,3-0,7% вуглецю;

· -високоуглеродістие: більше 0,7% вуглецю.

Леговані стали поділяють за загальним змістом легуючих елементів на:

· Низьколеговані: менше 2,5%;

· Високовуглецеві: більше 10,0%.

Класифікація стали за способом виробництва і якості (вмісту шкідливих домішок) До шкідливих домішок в сталях відносять сірку S і фосфор P.

Залежно від їх змісту стали поділяють на:

· Стали звичайної якості (рядові): до 0,06% S, до 0,07% P;

· Якісні стали: до 0,04% S, до 0,035% P;

· Високоякісні стали: до 0,025% S, до 0,025% P;

· Особовисококачественная стали: до 0,015% S, до 0,025% P.

· Сталь звичайної якості (або звичайна сталь) виплавляється найчастіше у великих мартенівських печах, конвертерах і розливається в порівняно великі злитки Спосіб виготовлення багато в чому зумовлює склад, будова і властивості цієї сталі. Стали високоякісні виплавляються переважно в електропечах, Класифікація стали за призначенням

· Конструкційні стали прийнято ділити на будівельні, для холодного штампування, Цементовані, покращувані, високоміцні, рессорно-пружинні, шарікоподшипниковиє, автоматні, корозійно-стійкі, жаростійкі, жароміцні, ізно-состойкіе стали.

· До будівельних сталей відносяться вуглецеві сталі звичайної якості, а також низьколегованісталі. Основна вимога до будівельних сталей — їх хороша зварюваність.

· Для холодного штампування застосовують листовий прокат з низьковуглецевих якісних

· Цементованої стали застосовують для виготовлення деталей, що працюють в умовах поверхневого зносу і відчувають при цьому динамічні навантаження.

· Високоміцні сталі — це стали, у яких підбором хімічного складу та термічною обробкою досягається межа міцності приблизно вдвічі більший, ніж у звичайних конструкційних сталей. Такий рівень міцності можна отримати в середньовуглецевих легованих сталях

· Пружинні (рессорно-пружинні) стали зберігають протягом тривалого часу пружні властивості, оскільки мають високу межу пружності, високий опір руйнуванню і втоми. До пружинним відносяться вуглецеві сталі (65, 70) і стали, леговані елементами, які підвищують межу пружності — кремені-ем, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадієм

· Підшипникові (шарікоподшипниковиє) стали мають високу міцність, зносостійкість, витривалість. До підшипниковий пред’являють підвищені вимоги на відсутність різних включень, макро- і мікропористості. Зазвичай шарікоподшипниковиє стали характеризуються високим вмістом вуглецю (близько 1%) і наявністю хрому

· Зносостійкі стали застосовують для деталей, що працюють в умовах абразивного тертя, високого тиску і ударів (хрестовини залізничних колій, траки гусеничних машин, щоки дробарок, черпаки землерийних машин, ковші екскаваторів і ін.).

· Корозійностійкі стали і сплави класифікують в залежності від агресивності середовища, в якій вони використовуються, і за їх основним споживчим властивості на власне корозійно-стійкі, жаростійкі, жароміцні

· Вироби з власне корозійностійких сталей (лопатки турбін, клапани гідравлічних пресів, пружини, карбюраторні голки, диски, вали, труби та ін.) Працюють при температурі експлуатації до 550 ° С.

· Жароміцні стали здатні працювати в навантаженому стані при високих температурах протягом визначеного часу і при цьому володіють достатньою жаростійкістю. Дані стали і сплави застосовуються для виготовлення труб, клапанних, паро- і газотурбінних деталей (ротори, лопатки, диски та ін.).

· Жаростойкие (окалиностійкі) стали мають стійкість проти хімічного руйнування поверхні в газових середовищах, в тому числі що містять сірку, при температурах + 550-1200 ° С в повітрі, пічних газах.

· Інструментальні стали за призначенням ділять на стали для ріжучих, вимірювальних інструментів, Штампові стали.

· Стали для ріжучих інструментів повинні бути здатними зберігати високу твердість і ріжучу здатність тривалий час, зокрема і при нагріванні. Як сталей для ріжучих інструментів застосовують вуглецеві, леговані інструментальні, швидкорізальні стали.

· Штампові стали мають високу твердість і зносостійкість, прокаливаемостью і теплостійкість.

квиток 26 Кольорові метали в чистому вигляді зазвичай застосовуються рідко, частіше використовують різні сплави. З числа сплавів кольорових металів в машинобудуванні найбільше значення мають легкі сплави — алюмінію, магнію і титану, а також мідь і її сплави, сплави на основі нікелю, сплави для підшипників (бабіти), матеріали для напівпровідників і високоміцні сплави на основі тугоплавких металів.

АЛЮМИНИЙ Для алюмінію і його сплавів характерна велика питома міцність, близька до значень для середньолегованих сталей. алюміній і його сплави добре піддаються гарячої і холодної деформації, точковому зварюванні, а спеціальні сплави можна зварювати плавленням і іншими видами зварювання. Чистий алюміній добре чинить опір корозії, так як на його поверхні утворюється щільна плівка оксидів Al2O3. Добавки заліза і кремнію підвищують міцність алюмінію, але знижують пластичність і стійкість проти корозії. Чистий алюміній застосовується для кабелів і електропровідних деталей, але в основ-ному алюміній використовується для виготов-лення сплавів.

МАГНИЙ Мала щільність магнію і його сплавів в поєднанні з високою питомою міцністю і поруч фізико-хімічних властивостей робить їх цінними для застосування в різних областях машинобудування: автомобільної, приладобудуванні, літакобудуванні, космічній, радіотехніці та інших. У гарячому стані магнієві сплави добре піддаються різним видам обробки тиском — пресування, кування, прокатки.

ТИТАН Титан має високі механічні властивості, високою питомою міцністю при кімнатних і кріогенних температурах, а також гарну корозійну стійкість Механічні властивості титану сильно залежать від вмісту домішок. Так невеликі кількості кисню, азоту та вуглецю підвищують твердість і міцність, але при цьому значно зменшуються пластичність і корозійна стійкість, погіршується зварюваність і штампуемость. Особливо шкідливий водень, який утворює на межі зерен тонкі пла-Стін гідридів, сильно охрупчиваются метал. Для особливо відповідальних деталей застосовують найбільш чистий титан.

МЕДЬ Найбільш характерними властивостями чистої міді є високі значення електропровідності, теплопровідності і стійкість проти атмосферної корозії. У зв’язку з високою пластичністю чиста мідь добре деформується в гарячому і холодному станах. У процесі холодної деформації мідь наклепивается і зміцнюється; відновлення пластичності досягається відпал рекристалізації при 500 … 600ºС в відновної атмо-сфері, так як мідь легко окислюється при нагріванні. Чистий мідь застосовується для провідників електричного струму, різних теплообмінників, водоохолоджуючих изложниц, піддонів, кристалізаторів. Чиста мідь має низьку міцність і вологотекучість, погано обробляється різанням, тому більш широке застосування знайшли сплави на її основі. При збереженні високих показників електро- і теплопровідності корозійної стійкості сплави міді володіють хорошими механічними, технологічними і антифрикційними властивостями. Для легування міді в основному застосовують цинк, олово, алюміній, берилій, кремній, марганець і нікель. Підвищуючи міцність сплавів, ці легуючі елементи практично не знижують пластичність, цинк, олово, алюміній навіть збільшують її.

ЛАТУНЬ латуні називають медноцінковие сплави. При додатковому введенні в сплав добавок алюмінію, свинцю, олова, кремнію та інших елементів отримують спеціальні латуні. Практичне застосування знаходять латуні, вміст цинку в яких не перевищує 49%. При більш високій концентрації цинку значно погіршується механічні властивості сплаву.

БРОНЗА Хуй знає че з цієї бронзою, позначається він буквами "Бр9quot; ось і все, що можна пояснити доступною мовою, а хімічні формули і незрозумілі слова тольео поховають тебе на іспиті. Ось такі справи удачі)

Пластмаси — штучні матеріали. Обов’язковим компонентом є зв’язка. В якості зв’язки використовуються: синтетичні смоли; ефіри, целюлоза. Деякі пластмаси складаються тільки з однієї зв’язки (поліетилен, фторопласти, органічне скло). Другим компонентом є наповнювач (порошкоподібні, волокнисті, сітчасті речовини органічного або неорганічного походження). Наповнювачі підвищують механічні властивості, знижують усадку при пресуванні напівфабрикату, надають матеріалу необхідні властивості. Для підвищення еластичності і полегшення обробки в пластмасу додають пластифікатори (олеїнова кислота, стеарин, дібутілфторат.). Вихідна композиція може містити: отвердители (аміни); каталізатори (перекису) процесу затвердіння; барвники. Основою класифікації пластмас служить хімічний склад полімеру: За характером сполучного речовини, розрізняють термопластичні (термопласти) і термореактивні пластмаси. Термопласти отримують на основі термопластичних полімерів. Вони зручні для переробки (при нагріванні пластифицируются), мають низьку об’ємну усадку (не більше 4%), відрізняються великою пружністю, малою крихкістю. Термореактивні пластмаси після затвердіння і переходу в термостабільне стан відрізняються крихкістю, можуть дати усадку до 15%. Тому до складу цих пластмас вводять підсилюють наповнювачі.

По виду наповнювача, розрізняють пластмаси: порошкові (карболіту) — з наповнювачем у вигляді деревної муки, графіту, тальку. Волокнисті — з наповнювачем з: очосів бавовни і льону (Волокніту); скляних ниток (стекловолокніти); азбесту (асбоволокніти). Шаруваті — з листовим наповнювачем: паперові листи (гетинакс); бавовняні тканини, склотканини, азбестові тканини (текстоліт, склотекстоліт, асботекстоліт). Г азонаполненние — з повітряним наповнювачем (пінопласти, поропласти). Особливостями пластмас є: мала щільність; низька теплопровідність; велике теплове розширення; хороші електроізоляційні властивості; висока хімічна стійкість; хороші технологічні властивості

квиток 27 Паянням називають процес, жорсткого з’єднання металевих деталей шляхом розплавлення присадочного матеріалу припою, що має температуру плавлення нижчу, ніж температура плавлення основного металу. З’єднання за допомогою припою засноване на взаємній розчиненні і дифузії основного металу і припою. Такий процес протікає найбільш сприятливо, якщо основний метал і припій мають хімічне і фізичне спорідненість. Міцність з’єднання припоєм залежить від величини поверхонь, що з’єднуються пайкою, чистоти цих поверхонь, зазору між дета-лями, структури утворився паечного шва, а потім і стійкості до корозії основного металу і пріпоя.Уменьшеніе лінійних розмірів виробу особливо помітно при з’єднанні декількох деталей, коли сумарна усадка припою в паєчний швах може досягати розмірів, при яких конструкція виявляється помітно укороченою і часто непридатною. Поверхня металів, що з’єднуються пайкою, необхідно ретельно очистити від окислів і забруднень, що перешкоджають процесу дифузії і розчинення металів. флюс. Він захищає спаюється поверхні і очищає їх від оксидів, що перешкоджають дифузії припою в основний метал. Споюють метал з припоєм може давати, різні види з’єднань: твердий розчин, хімічна сполука, механічна суміш. Кращим видом спайки є така, при якій формується структура припою типу твердого розчину. Вона відбувається між металами, що володіють найбільшим фізико-хімічну спорідненість. Прикладом може бути паяння міді латунню, золота- золотими припоями. Структури типу хімічної сполуки (паяння міді оловом) і механічної суміші (паяння стали золотом) не забезпечують високої міцності і антикорозійного стійкості.

1) Підготовка поверхні (очищення від жирів і іншої хуетні)

2) Вирівнювання (підгонка по поверхні)

3) Захист місця пайки флюсом.

4) Лудить (покриття тонким шаром частин спаюється)

5) Прогрівання до плавлення

8) Очищення Пайн шва від ізлішковпріпоя флюсу та ін.

Тверда плавка (мідь залізо) дуже близькі до латунним Для пайки твердого припою з температурою плавлення 1000градусов використовують гранника (пояльнікі з відкритим полум’ям) Флюси застосовують на основі борної кислоти і її солі

Квиток 28 28 . Мартенівський спосіб виробництва сталі

Мартенівське виробництво виникло в 1864 р коли П.Мартен побудував першу регенеративну (використовує теплоту відхідних газів) піч, яка дала придатну литу сталь з твердої шихти. У Росії перша мартенівська піч була побудована в 1869 р А.А.Ізносковим на Сормовском заводі. Аж до 90-х років мартенівські печі використовувалися для виробництва сталі лише з завалкою твердої шихти і працювали по так званому скрап-процесу. Розробка технології рудного процесу на рідкому чавуні була здійснена в Україні братами А.М. і Ю.М.Горяіновимі; вони ж впровадили плавку за цією технологією в 1894 р на Олександрівському заводі в Катеринославі (нині Дніпропетровський завод ім. Г. І. Петровського). У мартенівської печі здійснюється переділ завантаженої в неї шихти: твердого або рідкого чавуну, сталевого і чавунного брухту з використанням залізної руди, окалини, кисню, флюсів та феросплавів — в сталь заданого складу, при цьому виходить побічний продукт плавки — мартенівський шлак. мартенівська піч

Верхня частина мартенівської печі (рис. 1) складається з робочого простору (обмеженого ванной4, передній стіною 9, задньою стіною 8, склепінням 5) і головок, розташованих з обох кінців робочого простору. У передній стіні знаходяться завантажувальні вікна 6, через які з робочого майданчика завантажується шихта, беруться проби і ведеться спостереження за плавкою. Подина печі має нахил до задньої стіни, в якій знаходиться отвір для випуску готової стали, обробляють перед випуском. Через канали 1, 2, 3 і 7 головок подається газ (паливо) і окисне дуття і відводяться продукти горіння. Нижня частина печі складається з двох пар шлаковиків, двох пар регенераторів, підземних каналів з перекидними клапанами і виходу до димаря, з’єднаного з димарем або котлом — утилізатором. Шлаковики і регенератори розташовані попарно і симетрично по обидва боки печі. Перетин через повітряний шлаковік 11 і газовий шлаковік 10 зроблено в одній площині з перетином робочого простору, а перетин через повітряний регенератор 12 і газовий регенератор 13 — в іншій площині: шлаковики знаходяться під головками, а регенератори під робочою площадкою. Регенератори служать для нагріву повітря і горючого газу, що надходять в робочий простір при температурі 1000-1150 °. Необхідність нагріву викликана тим, що в робочому просторі повинна бути забезпечена температура до 1700 ° і більше, якщо ж попереднього нагріву дуття і газу не виробляти, то температура в печі буде недостатня для нагріву і подальшого плавлення м’якої сталі. Камери регенераторів заповнені насадкою у вигляді гратчастої кладки з вогнетривкої цегли. Регенератори працюють попарно і поперемінно: в той час як одна пара нагріває дуття і газ, інша акумулює (запасає) теплоту відхідних продуктів горіння; по охолодженні регенераторів до нижньої межі або після досягнення верхньої межі нагріву регенераторів, що акумулюють теплоту, відбувається зміна напрямку руху газів за допомогою перекидання клапанів. Шлаковики розташовані між головками і регенераторами; вони служать для збирання пилу і крапель шлаку, які виносяться продуктами горіння. Для нагріву мартенівських печей, що працюють на машинобудівних заводах, застосовується також рідке паливо (мазут). Мазут в робочий простір вводиться за допомогою форсунки і розпилюється струменем повітря або пара під тиском 5-8аті. Печі, що працюють на мазуті, обладнуються тільки двома регенераторами (і відповідно двома шлаковиках) для підігріву окисного дуття по одному з кожного боку. Мартенівські процеси і печі поділяють на основні і кислі в залежності від характеру процесу і, відповідно, матеріалу футеровки подини і стін. Плавка стали на шихті, що містить фосфор і сірку в кількості, що перевищує допустимий в готової стали, проводиться основним процесом, тобто під основним шлаком і в печах з основною футеровкою. Ванна основних печей футерують обпаленим доломітом або магнезитом. Для кладки склепіння робочого простору, головок і стін шлаковиків застосовують магнезітохромітового цегла, що має високу стійкість. У невеликих печах, а також при відсутності магнезітохромітового цегли, зведення печей робиться з динасового цегли. Для плавки стали під кислим шлаком застосовуються кислі печі з футеровкою з динасового цегли і кварцового піску. Крім стаціонарних мартенівських печей, застосовуються також коливаються мартенівські печі. Верхня частина хитається печі спирається на систему роликів. Між торцевими стінками робочого простору і головками є невеликі щілини, що забезпечують можливість повороту корпуса печі. За допомогою поворотного механізму здійснюється нахил до 15 ° в сторону робочого майданчика для скачування шлаку, або на 30-33 ° в бік випускного отвору для випуску сталі. Тривалість служби мартенівської печі (її кампанія) визначається числом плавок, що витримуються склепінням робочого простору; вона становить зазвичай для печей з динасові склепінням 250- 300 плавок (при великій ємності) або 400-500 плавок (при малої та середньої місткості), а для печей з хромомагнезитового склепінням 700 і більше плавок. У мартенівських печах виплавляють вуглецеву конструкційну сталь, а також леговані сталі різних марок.

5.189.137.82 © studopedia.ru Чи не є автором матеріалів, які розміщені. Але надає можливість безкоштовного використання. Є порушення авторського права? Напишіть нам.

Сталь вуглецева: склад, класифікація, ГОСТ

Вуглецева сталь завдяки доступній вартості та високим міцності відноситься до широко поширеним сплавів. З таких сталей, що складаються з заліза і вуглецю і мінімуму інших домішок, виготовляють різну машинобудівну продукцію, деталі колов і трубопроводів, інструменти. Широке застосування ці сплави знаходять і в будівельній сфері.

Хімічний склад стали

Калібрований коло з вуглецевої сталі найчастіше використовується в суднобудуванні і машинобудуванні

Що собою являють вуглецеві стали

Вуглецеві сталі, які в залежності від основної сфери застосування підрозділяються на конструкційні та інструментальні, практично не містять в своєму складі легуючих добавок. Від звичайних сталевих сплавів ці стали також відрізняє і те, що в їх складі міститься значно менша кількість таких базових домішок, як марганець, магній і кремній.

Зміст основного елемента — вуглецю — в сталях даної категорії може варіюватися в досить широких межах. Так, високовуглецева сталь містить в своєму складі 0,6-2% вуглецю, середньовуглецеві стали — 0,3-0,6%, низьковуглецеві — до 0,25%. Даний елемент визначає не тільки властивості вуглецевих сталей, а й їх структуру. Так, внутрішня структура сталевих сплавів, що містять в своєму складі менше 0,8% вуглецю, складається переважно з фериту і перліту, при збільшенні концентрації вуглецю починає формуватися вторинний цементит.

Хімічний склад стали

Норми вмісту хімічних елементів в вуглецевих сталях

Вуглецеві сталі з переважаючою ферритной структурою відрізняються високою пластичністю і низькою міцністю. Якщо ж в структурі стали переважає цементит, то вона характеризується високою міцністю, але разом з цим є і дуже крихкою. При збільшенні кількості вуглецю до 0,8-1% міцності і твердість вуглецевої сталі зростають, але значно погіршуються її пластичність і в’язкість.

Кількісний вміст вуглецю також чинить серйозний вплив на технологічні характеристики металу, зокрема на його зварюваність, легкість обробки тиском і різанням. З сталей, що відносяться до категорії низьковуглецевих, виготовляють деталі і конструкції, які не будуть піддаватися значним навантаженням в процесі експлуатації. Характеристики, якими володіють середньовуглецеві стали, роблять їх основним конструкційним матеріалом, використовуваним у виробництві конструкцій і деталей для потреб загального і транспортного машинобудування. Високовуглецеві сталеві сплави завдяки своїм характеристикам оптимально підходять для виготовлення деталей, до яких пред’являються підвищені вимоги по зносостійкості, для виробництва ударно-штампового і вимірювального інструмента.

Хімічний склад стали

Хімічний склад вуглецевих сталей звичайної якості

Вуглецева сталь, як і сталевий сплав будь-який інший категорії, містить в своєму складі різні домішки: кремній, марганець, фосфор, сірку, азот, кисень і водень. Частина цих домішок, такі як марганець і кремній, є корисними, їх вводять до складу стали на стадії її виплавки для того, щоб забезпечити її розкислення. Сірка і фосфор — це шкідливі домішки, які погіршують якісні характеристики сталевого сплаву.

Хоча вважається, що вуглецеві і леговані стали несумісні, для поліпшення їх фізико-механічних і технологічних характеристик може виконуватися микролегирование. Для цього в вуглецеву сталь вводяться різні добавки: бор, титан, цирконій, рідкісноземельні елементи. Звичайно, за допомогою таких добавок не вийде зробити з вуглецевої сталі нержавійку, але помітно поліпшити властивості металу вони цілком можуть.

Класифікація за ступенем розкислення

На поділ вуглецевих сталей на різні типи впливає в тому числі такий параметр, як ступінь розкислення. Залежно від цього параметра вуглецеві сталеві сплави діляться на спокійні, напівспокійну і киплячі.

Більш однорідної внутрішньої структурою відрізняються спокійні сталі, розкислення яких здійснюють, додаючи в розплавлений метал феросиліцій, феромарганець і алюміній. За рахунок того, що сплави даної категорії були повністю безкисневі в печі, в їх складі не міститься закису заліза. Остаточний алюміній, який перешкоджає росту зерна, наділяє такі стали дрібнозернистою структурою. Поєднання дрібнозернистої структури і практично повна відсутність розчинених газів дозволяє формувати якісний метал, з якого можна виготовляти найбільш відповідальні деталі і конструкції. Поряд з усіма своїми достоїнствами вуглецеві сталеві сплави спокійній категорії мають і один істотний недолік — їх виплавка обходиться досить дорого.

Хімічний склад стали

Будова сталевого злитка залежить від ступеня розкисленням стали

Дешевшими, але і менш якісними є киплячі вуглецеві сплави, при виплавці яких використовується мінімальна кількість спеціальних добавок. У внутрішній структурі такої сталі через те, що процес її розкислення в печі не був доведений до кінця, присутні розчинені гази, які негативно відбиваються на характеристиках металу. Так, азот, що міститься в складі таких сталей, погано впливає на їх зварюваність, провокуючи утворення тріщин в області зварного шва. Розвинена ізоляція в структурі цих сталевих сплавів призводить до того, що металевий прокат, який з них виготовлений, має неоднорідність як за своєю структурою, так і за механічними характеристиками.

Проміжне становище і за своїми властивостями, і за ступенем розкислення займають напівспокійну стали. Перед заливанням в виливниці в їх склад вводять невелику кількість раскіслітілей, завдяки чому метал твердне практично без кипіння, але процес виділення газів в ньому триває. В результаті формується виливок, в структурі якої міститься менше газових бульбашок, ніж в киплячих сталях. Такі внутрішні пори в процесі подальшої прокатки металу практично повністю заварюються. Велика частина напівспокійних вуглецевих сталей використовується в якості конструкційних матеріалів.

Ознайомитися з усіма вимогами ГОСТ до вуглецевої сталі можна, скачавши даний документ у форматі pdf по посиланню нижче.

Завантажити ГОСТ 380-2005 Сталь вуглецева звичайної якості. марки
завантажити

Методи виробництва і поділ за якістю

Для виробництва вуглецевих сталей використовуються різні технології, що позначається на їх поділі не тільки за способом виробництва, але і за якісними характеристиками. Так, розрізняють:

  • високоякісні сталеві сплави;
  • якісні вуглецеві сталі;
  • вуглецеві сталеві сплави звичайної якості.

Хімічний склад стали

Класифікація вуглецевих сталей

Сталеві сплави, що володіють звичайним якістю, виплавляються в мартенівських печах, після чого з них формують злитки великих розмірів. До плавильному обладнанню, яке використовується для отримання таких сталей, відносяться також кисневі конвертери. У порівнянні з якісними сталевими сплавами, що розглядаються стали можуть мати більший вміст шкідливих домішок, що позначається на вартості їх виробництва, а також на їх характеристиках.

Сформовані і повністю застиглі злитки металу піддають подальшої прокатки, яка може виконуватися в гарячому або холодному стані. Методом гарячої прокатки виробляють фасонні та сортові вироби, товстолистовий і тонколистовий метал, металеві смуги великої ширини. За допомогою прокатки, виконуваної в холодному стані, отримують тонколистовий метал.

Хімічний склад стали

На сучасних підприємствах для виробництва високоякісних сплавів використовуються електричні дугові печі

Для виробництва вуглецевих сталей якісної і високоякісної категорій можуть використовуватися як конвертери і мартенівські печі, так і більш сучасне обладнання — плавильні печі, що працюють на електриці. До хімічного складу таких сталей, наявності в їх структурі шкідливих і неметалевих домішок відповідний ГОСТ пред’являє дуже жорсткі вимоги. Наприклад, в сталях, які відносяться до категорії високоякісних, повинно міститися не більше 0,04% сірки і не більше 0,035% фосфору. Якісні і високоякісні сталеві сплави завдяки суворим вимогам до способу їх виробництва і до характеристик відрізняються підвищеною чистотою структури.

Галузь застосування

Як вже говорилося вище, вуглецеві сталеві сплави по основному призначенню ділять на дві великі категорії: інструментальні та конструкційні. Інструментальні сталеві сплави. містять 0,65-1,32% вуглецю, використовуються в повній відповідності зі своєю назвою — для виробництва інструменту різного призначення. Для того щоб поліпшити механічні властивості інструментів, звертаються до такої технологічної операції, як гарт вуглецевої сталі. яка виконується без особливих складнощів.

Хімічний склад стали

Сфери застосування вуглецевих інструментальних сталей

Конструкційні сталеві сплави застосовуються в сучасній промисловості дуже широко. З них роблять деталі для обладнання різного призначення, елементи конструкцій машинобудівного і будівельного призначення, кріпильні деталі і багато іншого. Зокрема, таке популярне виріб, як дріт вуглецева, проводиться саме з стали конструкційного типу.

Використовується дріт вуглецева не тільки в побутових цілях, для виробництва кріплення і в будівельній сфері, але і для виготовлення таких відповідальних деталей, як пружини. Після виконання цементації конструкційні вуглецеві сплави можна успішно використовувати для виробництва деталей, які в процесі експлуатації піддаються серйозному поверхневому зносу і відчувають значні динамічні навантаження.

Звичайно, вуглецеві сталеві сплави не володіють багатьма властивостями легованих сталей (зокрема, тієї ж нержавійки), але їх характеристик цілком вистачає для того, щоб забезпечити якість і надійність деталей і конструкцій, які з них виготовляються.

особливості маркування

Маркування вуглецевих сталей. правила складання якої строго обумовлені пунктами відповідного ГОСТу, дозволяє дізнатися не тільки хімічний склад представленого сплаву, а й те, до якої категорії він відноситься. В позначенні вуглецевої сталі, що володіє звичайним якістю, присутні букви «СТ». Пунктами ГОСТу обмовляється сім умовних номерів марок таких сталей (від 0 до 6), які також вказуються в їх позначенні. Дізнатися, якою мірою розкислення відповідає та чи інша марка, можна по буквах «кп», «пс», «сп», які проставляються в самому кінці маркування.

Хімічний склад стали

Кольорове маркування наноситься на вимогу споживача незмивною фарбою

Хімічний склад стали

Марки вуглецевих сталей по ГОСТу і за міжнародними стандартами ІСО

Марки якісних і високоякісних вуглецевих сталей позначаються просто цифрами, що вказують на вміст у сплаві вуглецю в сотих частках відсотка. В кінці позначення деяких марок можна зустріти букву «А». Це означає, що сталь має поліпшений металургійним якістю.

Дізнатися про те, що перед вами інструментальна сталь, можна по букві «У», що стоїть на самому початку її маркування. Цифра, наступна за такий буквою, вказує на вміст вуглецю, але вже в десятих частках відсотка. Буква «А», якщо вона є в позначенні інструментальної сталі, говорить про те, що даний сплав відрізняється поліпшеними якісними характеристиками.

Сталь марки Ст4, згідно ГОСТ, має такі властивості в стані поставки (після прокатки або кування): (σв == 420 ÷ 540 МПа, σт = 240 ÷ 260 МПа; δ = 21%.

Сталь 45, згідно ГОСТ, в стані поставки (після прокатки і відпалу) має твердість не більше НВ 207. При твердості НВ 190- 200 сталь має межу міцності не вище 600-620 МПа, а при твердості нижче НВ 180 межа міцності не перевищує 550-600 МПа. Для отожженной вуглецевої сталі відношення σт / σв становить приблизно 0,5. Отже, межа плинності стали 45 в цьому стані не перевищує 270-320 МПа.

Сталь 20ХНЗА, згідно ГОСТ, в стані поставки (після прокатки і відпалу) має твердість не більше НВ 250. Отже, межа міцності при твердості НВ 230-250 не перевищує 670- 750 МПа і може бути нижче 600 МПа для плавок з більш низькою твердістю. Тоді межа плинності становить 350-400 МПа, так як σт / σв для отожженной легованої сталі 0,5-0,6.

Таким чином, для отримання заданої величини границі текучості вал необхідно піддати термічній обробці.

Для низьковуглецевої стали Ст4 поліпшує вплив термічної обробки незначно. Крім того, Ст4 — як сталь звичайної якості має підвищений вміст сірки і фосфору (див. Табл. 1), які знижують механічні властивості і особливо опір ударним навантаженням.

Для такого відповідального вироби, як вал двигуна, поломка якого порушує роботу машини, застосування більш дешевої за складом сталі звичайної якості нераціонально.

Сталь 45 відноситься до класу якісної вуглецевої, а сталь 20ХН3А — до класу високоякісної легованої сталі. Вони містять відповідно 0,42-0,50 і 0,17-0,23% С і приймають загартування.

Для підвищення міцності можна застосовувати нормалізацію або загартування з високим відпусткою.

Останній варіант обробки складніше, але дозволяє отримати не тільки більш високі характеристики міцності, але і більш високу в’язкість. У стали 45 мінімальні значення ударної в’язкості (aн після нормалізації становлять 200-300 кДж / м 2. а після гарту і відпустки з нагріванням до 500 ° С досягають 600-700 кДж / м 2.

Так як вал двигуна сприймає в роботі динамічні навантаження, а також і вібрації, більш доцільно застосувати загартування і відпустку. Після гарту у воді вуглецева сталь 45 отримує структуру мартенситу. Однак внаслідок невеликої прокаливаемости вуглецевої сталі ця структура в виробах діаметром понад 20-25 мм утворюється тільки в порівняно тонкому поверхневому шарі товщиною до 2-4 мм.

Наступний відпустку викликає перетворення мартенситу і троостита в сорбіт тільки в тонкому поверхневому шарі, але не впливає на структуру і властивості перліту і фериту в основній масі виробів.

Сорбіт відпустки має більш високі механічні властивості, ніж ферит і перліт.

Найбільші напруги від вигину, крутіння і повторно змінних навантажень сприймають зовнішні шари, які і повинні володіти підвищеними механічними властивостями. Однак в опорі динамічним навантаженням, які сприймає вал, беруть участь не тільки поверхневі, але і нижні шари металу.

Таким чином, вуглецева сталь не матиме необхідних властивостей по перетину вала діаметром 70 мм.

Сталь 20ХНЗА легирована нікелем і хромом для підвищення прокаливаемости і закаливаемости. Вона отримує після гарту досить однорідні структуру і механічні властивості в перерізі діаметром до 75 мм.

Для стали 20ХНЗА рекомендується термічна обробка:

1. Загартування з 820-835 ° С в маслі.

При загартуванню з охолодженням в маслі (а не в воді, як це потрібно для вуглецевої сталі) виникають менші напруги, а, отже, і менша деформація. Після гарту сталь має структуру мартенситу і твердість не нижче HRC 50.

2. Відпустка 520-530 ° С. Для попередження відпускної крихкості, до якої чутливі стали з хромом (марганцем, вал після нагрівання слід охолоджувати в маслі.

Механічні властивості стали 20ХНЗА у виробі діаметром до 75 мм після термічної обробки:

Межа міцності σв = 900-1000 МПа, межа плинності σт = 750-800 МПа , відносне подовження δ = 8-10%, відносне звуження ψ = 45-50%, ударна в’язкість ан = 900 кДж / м 2.

Таким чином, ці властивості забезпечують вимоги, формулювати в завданню, для вала діаметром 70 мм.

2. Зубчасті колеса в залежності від умов роботи і виникаючих напружень можна виготовляти зі сталі звичайної якості, якісної вуглецевої і легованої з різним вмістом легуючих елементів.

Вибрати, керуючись технічними і економічними міркуваннями, сталь для виготовлення коліс діаметром 50 мм і висотою 30 мм з межею міцності не нижче 360-380 МПа.

Вказати термічну обробку коліс, механічні властивості і структуру обраної стали в готовому виробі і для порівняння механічні властивості і структуру сталей 45 і 40ХН після поліпшує термічної обробки.

3. Вибрати сталь для виготовлення валів діаметром 50 мм для двох редукторів. За розрахунком сталь для одного з валів повинна мати межу плинності не нижче 350 МПа, а для іншого — не нижче 500 МПа.

Вказати: 1) склад і марку обраних сталей; 2) рекомендований режим термічної обробки; 3) структуру після кожної операції термічної обробки; 4) механічні властивості в готовому виробі.

Чи можна застосовувати вуглецеву сталь звичайної якості для виготовлення валів необхідного перетину і міцності?

4. Колінчасті вали діаметром 80 мм, що працюють при підвищеній напрузі, виготовляють на одному заводі з якісної вуглецевої сталі, а на іншому — з легованої сталі.

Яку сталь слід застосовувати для цієї мети? Вказати її хімічний склад і марку.

Рекомендувати режим загартування і відпустки і зіставити механічні властивості, які можуть забезпечити вуглецева якісна і легована стали обраних марок для вала зазначеного діаметра.

5. Вибрати сталь для виготовлення важко навантажених колінчастих валів діаметром 60 мм: межа міцності повинен бути не нижче 750 МПа.

Рекомендувати склад і марку стали, режим термічної обробки, структуру і механічні властивості після гарту і після відпустки.

ЗАВДАННЯ ПО інструментальні

Сталі й сплави

6. Стійкість свердел і фрез, виготовлених зі швидкорізальної сталі помірною теплостойкости марки Р12 і обробляли конструкційні стали твердістю НВ 180-200, була задовільною.

Однак стійкість цих свердел різко знизилася при обробці жароміцної аустенітної сталі.

Рекомендувати швидкорізальної сталь підвищеної теплостійкості, придатну для продуктивного різання жароміцних сталей, вказати її марку і хімічний склад, термічну обробку і мікроструктуру в готовому інструменті.

Зіставити теплостійкість сталі Р12 і обраної стали.

Рішення завдання№ 6

Ріжучі інструменти для продуктивного різання виготовляють з швидкорізальних сталей, так як ці сталі володіють теплостійкістю. Вони зберігають мартенситную структуру і високу твердість при підвищеному нагріванні (500-650 ° С), що виникає в ріжучої кромці.

Однак стійкість інструментів зі швидкорізальних сталей, що піддавалися оптимальної термічній обробці, визначається не тільки їхнім хімічним складом, структурою і режимом різання, але сильно залежить від властивостей оброблюваного матеріалу.

При різанні сталей і сплавів з аустенітної структурою (нержавіючих, жароміцних і ін.), Які отримують все більш широке застосування в промисловості, стійкість інструментів і гранична швидкість різання можуть сильно знижуватися в порівнянні з одержуваними при різанні звичайних конструкційних сталей і чавунів з відносно невисокою твердістю ( до НВ 220-250). Це пов’язано головним чином з тим, що теплопровідність аустенітних сплавів знижена. Внаслідок цього тепло, що виділяється при різанні, лише в невеликому ступені поглинається сходить стружкою і деталлю і в основному сприймається ріжучої крайкою. Крім того,

ці сплави сильно зміцнюється під ріжучої кромкою в процесі різання, через що помітно зростають зусилля різання.

Для різання подібних матеріалів, званих труднообрабативаємиє, мало придатні швидкорізальні стали помірною теплостойкости, що зберігають високу твердість (HRC 60) і мартенситную структуру після нагрівання не вище 615-620 ° С. Для обробки аустенітних сплавів необхідно вибирати швидкорізальні сталі підвищеної теплостійкості, а саме кобальтові. Кобальт сприяє виділенню при відпустці поряд з карбідами також і частинок інтерметалідів, більш стійких проти коагуляції, і ускладнює процеси дифузії при температурах нагріву ріжучої кромки. Кобальтові сталі зберігають твердість HRC 60 після більш високого нагріву: до 640-645 ° С. Крім того, кобальт помітно (на 30-40%) підвищує теплопровідність швидкорізальної сталі, а отже, знижує температури ріжучої кромки через кращого відведення тепла в тіло інструмента. Нарешті, стали з кобальтом мають більш високу твердість (до HRC 68 у стали Р8МЗК6С).

Для свердел і фрез, що застосовуються для різання аустенітних сплавів, рекомендуються кобальтові сталі марок Р12Ф4К5 або Р8МЗК6С. Термічна обробка кобальтових сталей принципово не відрізняється від обробки інших швидкорізальних сталей. Вона наступна.

Інструменти гартують з дуже високих температур (1240- 1250 ° С для стали Р12Ф4К5 і 1210-1220 ° С для стали Р8МЗК6С), що необхідно для розчинення більшої кількості карбідів і насичення аустеніту (мартенситу) легирующими елементами: вольфрамом, молібденом, ванадієм і хромом. Ще більш високий нагрів, додатково посилює переклад карбідів в розчин, неприпустимий: він викликає зростання зерна, що знижує міцність і в’язкість. Структура стали після гарту: мартенсит, залишковий аустеніт (15-30%) і надлишкові карбіди, які не розчиняються при нагріванні і затримували ріст зерна. твердість HRC 60 62.

Потім інструменти відпускають при 550-560 ° С (3 рази по 60 хв). Відпустки викликає: а) виділення дисперсних карбідів і интерметаллидов з мартенситу (дисперсійне твердіння), що підвищує твердість до HRC 66-69; б) перетворює м’яку складову — залишковий аустеніт в мартенсит; в) знімає напруження, викликані мартенситним перетворенням.

Після відпустки інструменти шліфують, а потім піддають ціанування, найчастіше рідкому в суміші NaCN (50%) і Na2 C03 (50%) з витримкою 15-30 хв (залежно від перетину інструменту).

Твердість ціанірованного шару на глибину 0,02-0,03 мм досягає HRC 6-70; трохи (на 10 ° С) зростає і теплостійкість. При нагріванні для ціанування знімаються також напруги, викликані шліфуванням. Ціанування підвищує стійкість інструментів на 50-80%.

Після ціанування доцільний короткочасний нагрів при 450-500 ° С в атмосфері пара і з охолодженням в маслі; поверхню інструменту набуває тоді синій колір і трохи кращу стійкість проти повітряної корозії.

7. Вибрати сталь для черв’ячних фрез, що обробляють конструкційні стали твердістю НВ 220-240.

Пояснити причини, за якими для цього призначення недоцільно використовувати вуглецеву інструментальну сталь У12 з високою твердістю (HRC 63-64).

Рекомендувати режим термічної обробки фрез з обраної швидкорізальної сталі, прийнявши, що фрези виготовлені з прокату діаметром 40 мм.

8. Завод повинен виготовити долбяки, обробні з динамічними навантаженнями конструкційні сталі з твердістю НВ 200-230.

Вибрати марку швидкорізальної сталі, найбільш придатною для цього призначення, рекомендувати режим термічної обробки і вказати структуру і властивості (для долбяків зовнішнім діаметром 60 мм).

9. Завод виготовляв протягання з високовольфрамовой стали Р18.

Вказати, чи можна використовувати для протяжок менш легированную, а отже, більш економічну швидкорізальної сталь.

Вибрати марку стали для протяжок, що обробляють конструкційні сталі з твердістю до НВ 250, вказати її термічну обробку, структуру і властивості для випадків, коли протягання виготовляють з прокату діаметром 40 і 85 мм.

ЗАВДАННЯ ПОкольоровимметаламІ сплавів

10. Багато виробів виготовляють з латуні витяжкою з листа в холодному стані. Іноді у виробах виявляються тріщини, що виникають без додатка зовнішніх навантажень (так зване «сезонне розтріскування»). На рис. 1 показана деталь після глибокої витяжки і після розтріскування при вилежуванні.

Хімічний склад сталиМал. 1. Розтріскування латунної деталі після глибокої витяжки і вилежування

Пояснити сутність цього явища і вказати способи його упередження.

Підібрати марку латуні, не схильною до сезонному розтріскування. Крім того, описати структуру, технологічні властивості α і α + β’-латуні.

Рішення завдання№ 10

Латуні в залежності від вмісту цинку і структури можна розділити на три класи:

1. α-латуні. До 39,5% Zn

2. α + β’-латуні. Від 39,5 до 45,7% Zn

3. β’-латуні. Від 45,7 до 51% Zn

Збільшення вмісту цинку змінює структуру і властивості латуні (рис. 2).

Збільшення вмісту цинку до певної межі підвищує пластичність і міцність. Пластичність досягає максимальних значень при 30-32% Zn, а міцність — при 40%. При подальшому збільшенні вмісту цинку міцність і пластичність знижуються.

Ця зміна властивостей визначається властивостями відповідних фаз, що утворюються при введенні цинку.

α-фаза являє твердий розчин типу заміщення, пластичність і міцність якої зростають у міру збільшення вмісту цинку.

β’-фаза — твердий розчин на базі електронного з’єднання з центрованої кубічної гратами і впорядкованим розташуванням атомів. Ця фаза відрізняється підвищеною крихкістю і твердістю; тому утворення β-фази знижує в’язкість і підвищує твердість.

Хімічний склад стали

Мал. 2. Механічні властивості латуні в залежності від вмісту цинку:

а — лита латунь; б — катаная і відпалений латунь

При нагріванні вище 450 ° С β’-фаза перетворюється в невпорядкований твердий розчин β, що відрізняється більшою пластичністю, ніж β’-фаза. З діаграми стану видно, що α + β’-латуні набувають при такому нагріванні однорідну структуру β-твердого розчину, а отже, і більшу пластичність.

Ці властивості фаз визначають технологічний прогрес виготовлення виробів з різних сортів латуні, а також їх призначення.

Вироби з α-латуні виготовляють головним чином холодної або гарячої деформацією; обробка різанням не дає достатньо чистій поверхні. Вироби з α + β’-латуні виготовляють гарячої (пресування, штампування) або холодної деформацією (але без витяжки) або обробкою різанням.

В результаті подальшого відпалу міцність сплаву знижується, але пластичність зростає (рис. 3).

Холодна деформація латуні створює в виробі залишкові напруги. Вони виникають і в результаті місцевої холодної деформації (при вигині деталей, карбуванні, розвальцьовуванні і т. П.).

Хімічний склад стали

Мал. 3. Механічні властивості латуні Л68 в залежності:

а — від ступеня деформації; б — від температури відпалу

При вилежуванні або експлуатації в латунних виробах іноді виникають тріщини. «Сезонне розтріскування» спостерігається головні чином в латунях з вмістом понад 20% Zn і чітко виявляється, наприклад, в порожніх виробах, прутках і т. Д. Сезонне розтріскування посилюється в хімічно активних середовищах, особливо в парах аміаку, ртутних солях, ртуті, мильної воді і т. д. Освіта тріщин є результатом спільної дії залишкових напружень, створених холодної деформацією (найбільш небезпечні напруження розтягу), і хімічно активних середовищ.

Для запобігання від сезонного розтріскування потрібна відпустка з нагріванням до 200-300 ° С; це знімає велику частину залишкових напруг і тільки незначною мірою зменшує міцність.

Але в умовах виготовлення і монтажу конструкцій із застосуванням розвальцьовування, гнучкі і т. Д. Не завжди можливо уникнути виникнення місцевих, навіть незначних деформацій, а, отже, і сезонного розтріскування. У таких випадках застосовують більш дорогі (і мають меншу міцність), але не схильні до сезонного розтріскування латуні Л96 і Л90. Латуні Л96 і Л90 мають високу теплопровідність.

Латуні можна замінити алюмінієвої бронзою, що не схильної до сезонного розтріскування і володіє аналогічними значеннями міцності і пластичності.

11. Гребні гвинти морських пароплавів мають складну форму і дуже масивні, наприклад маса гвинта сучасного великого океанського теплохода досягає 30-50 т.

Намітити схему технології виготовлення гвинта, з огляду на його форму. Виходячи з цієї схеми і умов роботи гвинта в морській воді, підібрати склад сплаву і вказати його структуру і механічні властивості.

12. Деякі деталі арматури турбін, котлів гідронасосів і т. П. Працюють у вологій атмосфері і виготовляються масовими партіями литтям, мають складну форму. В процесі лиття повинна бути забезпечена максимальна точність розмірів.

Вказати склад застосовуваного для цієї мети кольорового сплаву, його структуру і механічні властивості; привести спосіб лиття, що дозволяє створити необхідну високу точність з мінімальною наступною механічною обробкою.

Привести хімічний склад стали для форм, які застосовуються для лиття обраного сплаву, і вказати режим термічної обробки, а також структуру стали в готовому виробі.

13. Багато деталей приладів і обладнання, схильні до дії морської води, виготовляють з кольорового металу шляхом холодної деформації в кілька операцій.

Підібрати сплав, стійкий проти дії морської води, і привести його хімічний склад.

Вказати режим проміжної термічної обробки обраного сплаву і привести його механічні властивості після деформації і термічної обробки. Порівняти склад стали, стійкої проти дії морської води;

привести режим її термічної обробки, механічні властивості і структуру.

14. Трубки в паросилових установках повинні бути стійки проти корозії.

Підібрати марку сплаву на мідній основі, придатного для виготовлення трубок і не містить дорогих елементів; привести склад обраного сплаву.

Вказати спосіб виготовлення трубок і порівняти механічні властивості обраного сплаву, одержувані після остаточної обробки, з механічними властивостями стали, стійкої проти корозії в тих же середовищах.

курсові дипломні реферати Замовлення студентських робіт
+38 (044) 3628750БЛАНК ЗАМОВЛЕННЯХімічний склад стали Властивості стали визначаються її хімічним складом. Вміщені в стали компоненти можна розділити на чотири групи: постійні (звичайні), приховані, випадкові і спеціальні (легуючі).
До постійних домішок відносяться вуглець, марганець, кремній, сірка і фосфор.
Вуглець — невід’ємна складова частина стали, що надає на її властивості основний вплив. Його вміст у випускаються марках стали коливається від 0,1 до 1,4%. Зі збільшенням вмісту вуглецю в стали підвищуються її твердість і міцність, зменшуються пластичність і в’язкість.
Марганець відноситься до постійних домішок, якщо його зміст не перевищує 1%. При вмісті більше 1% він є легуючим елементом.
Марганець є розкислювачем стали. Він підвищує її міцність, зносостійкість і прокаліваемость, знижує викривлення при загартуванню, покращує ріжучі властивості стали. Однак ударна в’язкість при цьому знижується. Сталь, що містить 11-14% марганцю (сталь Гатфільд), відрізняється високою зносостійкістю, так як здатна упрочняться при пластичної деформації. Сталь, що містить 10-12% марганцю, стає немагнітної.
Кремній також є розкислювачем стали і легирующим елементом, якщо його вміст перевищує 0,8%. Він збільшує міцнісні властивості стали, межа пружності, корозійну і жаростійкість, проте знижує її ударну в’язкість.
Сірка і фосфор є шкідливими домішками. Так, сірка робить сталь «красноломкость», а фосфор, підвищуючи твердість сталі, знижує її ударну в’язкість і викликає «хладноломкость», т. Е. Крихкість при температурах нижче -50 ° C.
Приховані домішки являють собою кисень, азот і водень, частково розчинені в сталі і присутні у вигляді неметалічних включень (оксидів, нітриду). Вони є шкідливими домішками, так як розпушують метал при гарячій обробці, викликають в ньому надриви (флок).
Випадкові домішки — це мідь, цинк, свинець, хром, нікель і інші метали, які потрапляють в сталь з шихтових матеріалів. В основному вони погіршують якість стали.
Спеціальні добавки (легуючі елементи) вводяться в сталь з метою надання їй тих чи інших властивостей. До них відносяться марганець, кремній, хром, нікель, молібден, вольфрам, ванадій, бор, ніобій, цирконій, селен, телур, мідь і ін.
Найбільш поширеним легирующим елементом є хром. Він перешкоджає росту зерна при нагріванні стали, покращує механічні та ріжучі властивості, підвищує корозійну стійкість, прокаліваемость, сприяє кращій роботі на стирання. При вмісті хрому понад 10% сталь стає нержавіючої, але одночасно втрачає здатність сприймати загартування.
Нікель підвищує міцність сталі при збереженні високої в’язкості, перешкоджає росту зерна при нагріванні, знижує викривлення при загартуванню, збільшує корозійну стійкість і прокаліваемость. При змісті нікелю 18-20% -я сталь стає немагнітної, жаростійкої, жароміцної і корозійностійкої.
Молібден подрібнює зерно стали, значно підвищує її прокаліваемость, стійкість проти відпустки, в’язкість при низьких температурах, гнучкість і абразивну стійкість, знижує схильність до відпускної крихкості.
Вольфрам підвищує твердість і ріжучі властивості стали, прокаліваемость, міцність і в’язкість. Стали з вмістом 9 і 18% вольфраму відомі як швидкорізальні.
Ванадій створює дрібнозернисту структуру стали, затримує зростання зерна при нагріванні, підвищує ударну в’язкість, стійкість проти вібраційних навантажень, прокаліваемость і стійкість проти відпустки.
Бор збільшує прокаливаемость стали, підвищує її циклічну в’язкість, здатність гасити коливання високої частоти, знижує схильність до незворотної відпускної крихкості.
Ніобій запобігає межкристаллическую корозію, покращує зварювальні властивості, підвищує пластичність, міцність і повзучість стали при високих температурах.
Цирконій підвищує межу витривалості стали на повітрі і в корозійних середовищах, покращує її характеристики при підвищених температурах і ударну в’язкість при температурі нижче нуля, уповільнює зростання зерна, підвищує прокаливаемость і зварюваність.
Мідь підвищує корозійну стійкість сталі, а селен і телур — механічні властивості стали і особливо її пластичність,
Будова сталевого злитка і металургійні методи підвищення його якості
На металургійних заводах виплавлену сталь з печей розливають в ковші, де витримують 5-10 хв для вирівнювання її складу, спливання неметалевих включень і виходу газів, а потім розливають у виливниці, що представляють собою спеціальні чавунні чи сталеві форми. Тут сталь кристалізується, утворюючи злитки різної маси і конфігурації. Отримувані злитки потім використовуються в ковальських або прокатних цехах.
Будова сталевого злитка неоднорідне. Поверхневий його шар являє дрібні рівноосні зерна, проміжний шар — довгі, орієнтовані перпендикулярно до поверхні, «стовпчасті» кристали. Серцевину злитка складають великі рівноосні зерна. У верхньої серединної частини розміщується так звана усадочная раковина, утворена легкоплавкими домішками, неметаллическими включеннями і газами, що містяться в рідкій сталі.
При цьому глибоке залягання усадочноюраковини, сильно розвинена зона «стовпчастих» кристалів, а також газові бульбашки, неметалеві включення і тріщини знижують якість сталевих злитків.
Основними металургійними методами підвищення якості стали є безперервне розливання, вакуумирование, електрошлаковий переплав та рафінування рідким синтетичним шлаком.
Безперервне розливання сталі являє собою процес отримання злитків на машинах безперервного лиття. Її сутність полягає в безперервній подачі розплавленого металу в спеціальний кристаллизатор, де він охолоджується і безперервно витягується валками зі швидкістю, що дорівнює швидкості кристалізації. Після остаточного охолодження і затвердіння злиток ріжеться на заготовки.
Злитки безперервного розливання в порівнянні з одержуваними в виливницях мають велику ступінь чистоти поверхні, дрібнозернисту структуру, менш розвинену хімічну неоднорідність (ликвацию), в них відсутня усадочная раковина. Безперервне розливання різко зменшує втрати металу в відходи, підвищує продуктивність праці.
Вакуумирование рідкої сталі застосовується для отримання високоякісних і деяких високолегованих марок сталі. Воно дозволяє очистити метал від газів, домішок неметалевих включень, підвищити його механічні властивості. Однак вартість зливків значно підвищується. Вакуумирование проводиться в спеціальних вакуумних печах дугового, індукційного, електронно-променевого або плазмового типів безпосередньо перед розливанням або під час розливання сталі.
Електрошлаковий переплав застосовується для поліпшення структури, підвищення пластичності і зварюваністю злитків масою до 200 т. Цей метод є очищення рідкого металу від неметалічних включень і розчинених газів при його проходженні через шар шлаку, що містить значну кількість плавиковогошпату.
Рафінування сталі рідким синтетичним шлаком застосовується з метою її розкислення, додаткової очистки від сірки і неметалевих включень, а також поліпшення механічних властивостей. Для цього використовують розплавлений шлак, що складається з 55% CaO і 45% Аl2О3, з невеликою кількістю кремнезему і можливо меншим вмістом FeO (не більше 1%).
Види термічної і хіміко-термічної обробки стали
Процеси термічної обробки стали полягають в її нагріванні і охолодженні, що викликає зміна внутрішньої будови, а отже, і властивостей. До основних видів термічної обробки відносяться отжиг, нормалізація, гарт, відпустка, патентування і термомеханічна обробка.
Відпал — це нагрівання металу до 200-1200 ° C, тривала витримка при цій температурі і повільне (іноді разом з піччю) охолодження Залежно від вихідного стану стали і температури нагріву розрізняють повний, неповний, низький, ізотермічний, Сфероідізірующій, Гомогенізаціонний, відпал рекристалізації , а також отжиг для зняття залишкових напруг.
Повний відпал застосовується для сортового прокату, поковок і фасонних виливків зі сталі з метою створення дрібнозернистої структури, підвищення в’язкості і пластичності Температура нагріву 730-950 ° C.
Неповний відпал застосовується для зниження твердості сталей і поліпшення їх оброблюваності різанням. Він здійснюється при температурах 730-950 ° C.
Ізотермічний отжиг (930-950 ° C) використовують зазвичай для штамповок, заготовок інструментів та інших виробів невеликого розміру з легованих сталей з метою поліпшення оброблюваності різанням і підвищення чистоти поверхні.
Низькому відпалу (650-680 ° C) піддається зазвичай сортовий прокат з легованої сталі (для зниження твердості) або вуглецеві стали, якщо вони призначені для обробки різанням, холодної висадки або волочіння.
Сфероідізірующій отжиг (750-820 ° C) проводиться для зниження твердості, підвищення показників відносного подовження і звуження
Гомогенізаціонний (дифузний) отжиг (1100-1200 ° C) застосовується для злитків і великих виливків з легованої сталі з метою зменшення ліквації, рекрісталлізаціонний (650-760 ° C) — для усунення наклепу і підвищення пластичності стали, деформованої в холодному стані,
Відпал для зняття залишкових напруг (200-700 ° C) застосовують для зменшення внутрішніх напружень виробів, отриманих литтям, зварюванням, різанням та ін.
2. Нормалізація — це нагрівання стали до 850-950 ° C, нетривала витримка і охолодження на повітрі. В результаті подрібнюється зерно отриманих при лиття, прокатки, кування або штампування виробів і заготовок. Нормалізація широко застосовується замість відпалу і загартування. Загартування — це нагрівання стали до 227-860 ° C, витримка і швидке охолодження в воді, маслі або іншому середовищі. Її застосовують для підвищення твердості, зносостійкості і міцності інструментальних сталей, а також міцності, твердості, досить високої зносостійкості і пластичності конструкційних сталей. Основні параметри гарту — температура нагріву і швидкість охолодження. Остання робить вирішальний вплив на результат гарту.
Для підвищення твердості, зносостійкості і межі витривалості виробу при збереженні в’язкої і сприйнятливою до ударних навантажень його серцевини здійснюють поверхневу загартування. Найбільш часто застосовується поверхневий гарт з індукційним нагріванням струмом високої частоти. Для цього вироби поміщають в змінне магнітне поле. Нагрівання здійснюється внаслідок теплового дії индуктируемого в виріб струму. Поверхневої індукційної загартуванню, як правило, піддаються вуглецеві сталі з вмістом вуглецю від 0,4 до 0,5%.
Щоб зменшити крихкість і внутрішня напруга, викликані гартом, а також отримати сталь з оптимальним поєднанням міцності, пластичності і ударної в’язкості, її піддають відпустці. Цей процес являє собою нагрів металу до 200-680 ° C, витримку і подальше охолодження з певною швидкістю.
Розрізняють відпустку низькотемпературний (для ріжучого і вимірювального інструмента з вуглецевих і низьколегованих сталей), середньотемпературна (для пружин і штампів) і високотемпературний (для середньовуглецевих конструкційних сталей, до яких пред’являються високі вимоги щодо межі витривалості і ударної в’язкості).
Патентування — це процес нагрівання стали до 870- 950 ° C, охолодження до 450-550 ° C, тривалої витримки при цій температурі і подальшого охолодження на повітрі або в воді. Патентування проводиться для поліпшення пластичності дроту перед наступним її волочінням.
Термомеханічна обробка являє собою поєднання пластичної деформації (плющення, кування, штампування та інших способів обробки тиском) і загартування. В результаті одночасно підвищується опір пластичної деформації і руйнування.
Хіміко-термічні методи обробки стали передбачають зміну не тільки структури, але і хімічного складу її поверхні Це здійснюється дифузійним насиченням поверхневого шару відповідними елементами, т. Е нагріванням сталевого виробу до заданої температури і витримкою його в середовищі цих елементів. Найбільш поширеними видами хіміко-термічної обробки є цементація, азотування, нитроцементация, ціанування, борирование, силицирование і дифузійна металізація.
Цементація (коксування) — це процес насичення поверхні стали вуглецем при температурі 930-950 ° C. Після цементації вироби піддаються загартуванню і низькому відпуску В результаті їх поверхня стає більш твердою (при температурах до 200 225 ° C), зносостійкого, витривалою при вигині і крученні Цементація проводиться в твердій або газоподібної насичує середовищі (карбюризаторі). В якості твердого карбюризатора використовується деревне вугілля або кам’яновугільний напівкокс і торф’яний кокс з вуглекислим: барієм і кальцинованої содою. Як газоподібного карбюризатора використовують природний газ.
Азотування — це процес насичення поверхні стали азотом при нагріванні до температури 500-650 ° C в середовищі аміаку допомогою азотування поверхні стали надається висока твердість (зберігається при нагріванні до температури 450-550 ° C), зносостійкість, опір корозії.
Нітроцементація — це процес насичення поверхні стали одночасно вуглецем і азотом при 840- 860 ° C в середовищі природного газу та аміаку. В результаті підвищується твердість і зносостійкість поверхневого шару сталевих деталей
Ціанування — це процес насичення поверхні стали одночасно вуглецем і азотом при 820-950 ° C в розплавлених ціаністих солях для підвищення її твердості, зносостійкості і межі витривалості.
Борирование — це процес насичення поверхні стали бором при 850-950 ° C для підвищення її твердості, абразивної, корозійної стійкості до зношування і теплостійкості.
Силіціювання — це процес насичення поверхні кремнієм. Силіційованний шар стали відрізняється високу корозійну стійкість в морській воді, хімічну стійкість в азотної, сірчаної та соляної кислоти, а також стійкістю проти зносу. Дифузійна металізація — це процес насичення поверхні стали алюмінієм, хромом, цинком та іншими металами, що додають їй ті чи інші властивості. Насичення алюмінієм (алитирование) проводиться для підвищення окаліностойкості і корозійної стійкості в атмосфері і морській воді. Насичення хромом (хромування) забезпечує корозійну стійкість в морській і прісній воді, азотній кислоті, окалиностойкость, підвищення твердості і зносостійкості. Насичення цинком (цинкування) застосовується для підвищення корозійної стійкості в атмосфері, бензині, маслах і горючих газах, що містять сірководень.
Класифікація та асортимент стали
Різні види стали розглядають в залежності від особливості її виробництва, хімічного складу, розкислення, якості, призначення та ін. (Рис. 11),
При цьому основною ознакою класифікації стали є її хімічний склад. За цією ознакою сталь підрозділяється на вуглецеву і леговану.
Вуглецевої називається сталь, яка не містить будь-яких спеціальних добавок. Вона випускається конструкційна і інструментальна. Конструкційна вуглецева сталь містить 0,1-0,85% С і застосовується для виготовлення конструкцій, споруд, деталей машин, інструментальна (0,65-1,4% С) — ріжучого, вимірювального, штампувального і інших видів інструменту.
Конструкційна вуглецева сталь виготовляється звичайної якості, якісна, а також підвищеної і високої оброблюваності різанням (автоматна).

Рис 11. Класифікація стали.
Сталь вуглецева звичайної якості (ГОСТ 380-71) застосовується для виготовлення зварних і клепаних конструкцій в будівництві та машинобудуванні. Залежно від гарантованих характеристик якості вона поділяється на три групи поставки — А, Б і В (табл. 10).
Таблиця 10. Марочний склад сталі вуглецевої звичайної якості
Групи стали Зміст вуглецю,%
А Б В
Ст0 БСт0 — Менш 0,06
Ст 1 БСт1 ВСт1 0,06-0,12
Ст2 БСт2 ВСт2 0,09-0,15
Ст3 БСт3 ВСт3 0,14-0,22
Ст4 БСт4 ВСт4 0,18-0,26
Ст5 БСт5 ВСт5 0,28-0,37
Ст6 БСтб — 0,38-0,49
Сталь групи А поставляється за механічними властивостями. Для сталей цієї групи хімічний склад не регламентується, так як деталі, що виготовляються з неї, чи не піддаються гарячій обробці (куванні, зварюванні, термічній обробці). Чим більше номер марки, тим вище міцність, але нижче пластичність стали.
Залежно від нормованих показників (механічних властивостей) сталь групи А підрозділяється на три категорії.
Сталь групи Б поставляється за хімічним складом. Для сталей цієї групи механічні властивості не регламентуються. Так як відомий хімічний склад, деталі зі сталі групи Б можна піддавати термічній обробці.
Залежно від нормованих показників (механічних властивостей) сталь групи Б підрозділяється на дві категорії.
Сталь групи В поставляється за механічними властивостями з додатковими вимогами за хімічним складом. Залежно від нормованих показників (механічних властивостей) вона поділяється на шість категорій.
У маркуванні: Б і В — групи стали (група А в маркування не позначається), Cт — сталь, цифри — умовний номер марки в залежності від хімічного складу і механічних властивостей.
Сталь вуглецева звичайної якості випускається кипляча, полуспокойная і спокійна, що позначається відповідно буквами кп, пс і сп, записуваними після умовного номера марки. Наприклад, Ст5пс, Ст3кп. Буква Г вказує на підвищений вміст марганцю (Ст3Гпс), цифра в кінці — номер категорії (Ст3пс-2; БСт3-2) Для сталей першої категорії цифра в кінці непроставляється.
Сталь вуглецева якісна (ГОСТ 1050-74) використовується в основному в машинобудуванні Порівняно зі сталлю звичайної якості до неї пред’являються більш жорсткі вимоги щодо вмісту шкідливих домішок, особливо фосфору і сірки. Так, в якісних сталях всіх марок вміст сірки допускається не більше 0,04%, фосфору — не більше 0,035%.
Сталь вуглецева якісна конструкційна випускається марок 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, кипляча (КП), полуспокойная (ПС) і спокійна (СП). Цифра в позначенні марки вказує на середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка
За вимогами до випробування механічних властивостей сталь випускається п’яти категорій, а за призначенням — трьох підгруп а — для гарячої обробки тиском, б — для холодної обробки тиском і в — для холодного волочіння, що відбивається в маркуванні Наприклад, 30-а-2, де 30 — марка стали, а — підгрупа, 2 — категорія.
Сталь конструкційна підвищеної та високої оброблюваності різанням (ГОСТ 1414-75 E) призначена для масового виготовлення на металорізальних верстатах-автоматах різних машинобудівних деталей Тому вона називається також автоматна Випускається ця сталь станом металу трьох підгруп а — для гарячої обробки тиском, — для механічної обробки , в — для холодного

Основні властивості і характеристики стали

У промисловому виробництві для створення найбільш якісних матеріалів дуже часто використовують комбінації з декількох хімічних елементів. Особливо поширений такий підхід в металургії, де одержувані сплави здатні працювати в таких умовах, які непідвладні чистим металам.

З’єднання декількох елементів дозволяє домогтися унікальних властивостей, які необхідно в тій чи іншій галузі. Одним з найбільш поширених сплавів є сталь. Вона виходить в результаті з’єднання заліза з вуглецем. Також в масову частку матеріалу входить незначна кількість домішок. При необхідності в сплав вводять легуючі присадки або покривають поверхню металу захисним шаром.

Хімічний склад стали

Властивості і характеристики стали залежать від кількісного складу хімічних елементів в її структурі. Вуглець додає матеріалу твердості і в’язкості, але його підвищений вміст призводить до крихкості і погіршує зварюваність. Найбільш якісна сталь виходить після обробки відпалом, коли вуглець впроваджується в структуру металевої решітки заліза на молекулярному рівні і утворює стійке з’єднання цементит. Зміст кремнію в сплаві підвищує плинність і міцність, а також пружність. Але надлишок цього елемента погіршує зварюваність і ударну в’язкість. Марганець масовою часткою до 2% дозволяє підвищити міцність матеріалу. При більшому процентному вмісті зварювання стає скрутною.

Хімічний склад стали

Хром захищає сталь від окислення і значно подовжує термін її експлуатації. Але при неправильній термічній обробці утворює карбід, який перешкоджає зварюванні. Нікель покращує пластичність, в’язкість і гнучкість, а також є одним з небагатьох елементів, підвищений вміст яких не призводить до побічних ефектів. Молібден підвищує термічну стійкість стали, а також гранично допустимі навантаження, тому, активно використовується в якості присадок в конструкційних сплавах.

Ванадій покращує в’язкість і пружність, активно сприяє процесу загартування, але погіршує зварюваність. Вольфрам додає матеріалу твердості і стійкості при роботі з високими температурами. Титан підвищує корозійну стійкість сталі, але його надлишок може призводити до гарячих тріщин при зварюванні. Мідь підвищує корозійну стійкість і гнучкість металу і не несе негативних ефектів при надлишку. Крім перерахованих елементів, що наділяють сталь позитивними властивостями, є і речовини, чия присутність несе тільки негативне навантаження.

Хімічний склад стали

Сірка підвищує ламкість матеріалу при високих температурах і ускладнює свариваемость. Фосфор впливає на підвищення параметра ламкості при нормальних температурах і теж погіршує зварюваність. Азот, кисень і водень негативно впливають на міцність і призводять до швидкого старіння стали. Зміст негативних елементів повинно зводитися до мінімуму, щоб якість матеріалу задовольняло потребам ринку.

характеристики стали

Твердість стали залежить від масової частки вуглецю, а також кількості спеціальних присадок. В основному тверді матеріали використовуються в тих випадках, коли вони не будуть знаходитися під впливом динамічного навантаження, так як з твердістю зазвичай підвищується і крихкість сплаву. Межа міцності сталі на розтяг становить 60 кілограммосіл на міліметр квадратний. Решта значення прочностей безпосередньо залежать від марки матеріалу. Стійкості до певного виду негативного впливу досягаються за допомогою загартування металу або введення в сплав потрібних присадок.

Межа міцності стали завжди відбивається в маркуванні, щоб покупець міг швидко вибрати потрібний йому матеріал. Питомий опір стали варіюється від 0,103 до 0,137 Ом * міліметр в квадраті / метр. Величина залежить від кількісного вмісту хімічних елементів в сплаві. Для електротехнічних сталей показник опору становить 0,25-0,6 Ом * міліметр в квадраті / метр. Настільки високе значення в порівнянні зі звичайною сталлю пояснюється умовами експлуатації і відповідає технічним вимогам. Розрахунковий опір сталі може бути різним навіть для однієї партії виробів, так як кількість домішок розподіляється не рівномірно по всій структурі сплаву.

Хімічний склад стали

Сталеві провідники на практиці застосовуються дуже рідко, так як є метали, що володіють набагато кращими параметрами, необхідними для використання в електротехніці. А ось електротехнічна сталь є одним з основних матеріалів, застосовуваних при виготовленні корпусів електроприладів і трансформаторів. Теплопровідність стали знаходиться на високому рівні, що дозволяє з успіхом використовувати матеріал в опалювальних системах. З ростом температури цей показник дещо знижується, але загальні втрати не критичні в порівнянні з витратами енергії. Звичайно, є метали і сплави з набагато більш високими параметрами теплопровідності, але їх використання є нерентабельним через великі витрат на їх виробництво.

Хімічний склад стали

Питома теплоємність сталі складає 0,462 кілоджоулі / кілограм * Кельвін. Це є непоганим показником для металу. Дана характеристика показує, скільки теплової енергії необхідно передати тілу, щоб його температура змінилася на один градус. Тобто, чим менше цей показник, тим швидше нагрівається речовина. Фактичне значення теплоємності стали дозволяє ще раз довести виправданість її використання в опалювальних мережах. До того ж сталь дуже добре зберігає отримане тепло і повільно остигає, так що на підтримку температури на потрібному рівні знадобиться менше палива.

Коефіцієнт тертя сталь-сталь в стані спокою становить 0,15 без використання мастила і 0,1 з нею. При ковзанні цей параметр складе 0,15 і 0,05 відповідно. Хімічні властивості сталі залежать від кількісного і якісного змісту елементів в сплаві. При необхідності експлуатації матеріалу в агресивному середовищі в його склад вводяться додаткові присадки, що дозволяють не допустити або сильно уповільнити протікання руйнівних хімічних реакцій.

Хімічний склад стали


Внимание, только СЕГОДНЯ!
Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *