б) аустенитно-ферритные (структура α + γ) – имеют высокую прочность (σ = 60–90 кгс/мм2).

08Х22Н6Т; 12Х21Н5Т;

в) аустенитно-мартенситные. ТО: закалка в холоде –50 –70°С, образуются твердые частички Ni3Al.

09Х15Н8Ю.

Все группы содержат Mn: в среднем 1–2%, если не указана его концентрация.

Износостойкие стали

а) графитизированные стали. Графит появляется в результате частичного разложения цементита. Увеличение содержания кремния повышает способность стали к графитизации.

ЭИ366 – 1,30–1,45% С; 0,60–1,25% Si; 0,4–0,5% Mn. Ограничено содержание Ni < 0,20%, Сr < 0,08%, S < 0,025, P < 0,03;

б) высокомарганцовистые стали.

Г13 – 1,2% С; 13% Mn (сталь Гадфильда, запатентована в 1883 г.). 30Х10Г10 – 0,30% С; 10% Сr; 10% Mn (кавитационно-стойкаясталь).

Кислотостойкие стали и сплавы

а) хромоникелевые стали + Мо.

Молибден увеличивает коррозионную стойкость в кислотах. 06ХН28МДТ содержит Cr, Ni, Mo, Cu, Ti;

б) сплавы никеля с молибденом – хастеллои, сплавы НИМО (до 20% Mo) – представляют собой твердые растворы, обладают высокой прочностью, пластичностью, химической стойкостью в растворах минеральных кислот (Mo ≥15%). В промышленности хастеллои представлены марками: «Хастеллой А», «Хастеллой В», «Хастеллой С». Например, «Хастеллой С» (марка ХН65МВ) имеет состав: 65% Ni; 16% Mo; 15% Cr; 4% Fe; сплав стоек в холодной HNO3 всех концентраций, в кипящей HNO3 до 70%, в растворах HF, в растворах окислителей.

Криогенные стали обладают высокой механической прочностью, применяются для получения, перевозки, хранения сжиженных газов – азота (температуракипения –196°С), водорода (–253ºС), гелия (–269°С).

10Х14Г14Н4Т, 03Х13Н9Д2ТМ (ЭП699).

Чугуны

Чугуны – сплавы Fe c C (>2,14%) и постоянными примесями Si, Mn, S, P. Чугуны имеют более низкие механические свойства, чем стали, так как образуется более твердая и хрупкая эвтектика, и появ-

72

ляется углерод в свободном состоянии в виде графитовых включений, которые нарушают сплошность металлической матрицы. Прочность и пластичность графита низки. Графит имеет гексагональную слоистую структуру. Графитные включения в чугуне имеют различную форму

(рис. 54, 55).

Рис. 54. Форма графита в чугунах:

а – пластинчатая (обычный серый чугун), ×100; б – шаровидная (высокопрочный чугун), ×200; в – хлопьевидная (ковкий чугун), ×100;

г – вермикулярная (серый вермикулярный чугун), ×100

Рис. 55. Графитные включения в чугуне (×2000): а – пластинчатые; б – шаровидные

Процесс графитизации. Кристаллические структуры А и Ц близки, поэтому образование Ц из А и расплава L идет легче и кинетически более выгодно. Однако графит более устойчивая фаза, чем Ц. Это значит, что смеси Ф + Графит или А + Графит обладают меньшей свободной энергии, чем Ф + Ц или А + Ц. Поэтому термодинамические факторы способствуют образованию графита.

Графит может выделяться из жидкой фазы вместе с образованием ледебурита (рис. 30):

73

1147°С (ECF) – L охл→Л(А + Ц) – кинетически более выгодный процесс (скорость образования A и Ц больше, чем Г);

1147–1153°С – L медл→. охл Г – термодинамически более выгодный процесс (изменение энергии Гиббса более отрицательная величина, чем в первом случае).

Графит может также появляться в результате распада аустенита и цементита:

А 727−738о→С Ф + Г;

Ц727−738о→С Ф + Г;

Ц→A + Гвтор. прод .

Образование графита – медленный процесс (происходит при медленном охлаждении). Начинается на частицах включений и некоторых примесях (Mn, S, Si, P).

Кремний Si усиливает графитизацию. Изменяя его концентрацию (0,3–5,0%), можно получать различные чугуны. Усиливают графитизацию также С, Al, Ni, Cu.

Марганец Mn препятствует графитизации или способствует отбеливанию чугуна.

Сера S способствует отбеливанию, ухудшает литейные свойства. Препятствуют графитизации Cr, W, Mo, S, O2.

Фосфор Р на процесс графитизации не влияет. Часто чугуны легируют Сr, Ni, Cu, Al, Ti.

Классификация чугунов. По назначению чугуны делятся:

–на передельные – для получения стали и ковкого чугуна;

–машиностроительные – для изготовления отливок деталей в различных отраслях промышленности: автотракторостроении, станкостроении, сельскохозяйственном машиностроении.

По структуре металлической основы чугуны делят:

–наферритные– Ф+ Г(концентрациясвязанногоуглерода0,025%);

–ферритно-перлитные – Ф + П + Г (концентрация связанного уг-

лерода 0,025–0,8%);

–перлитные – П + Г (концентрация связанного углерода 0,8%). Металлическая основа таких чугунов похожа на структуру сталей. Если количество связанного углерода >1%, то такие чугуны назы-

вают половинчатыми. Структура половинчатого графита Л + П + Г. Схематично структура чугунов показана в табл. 10.

74

Феррит + перлит

Перлит

По форме графита чугуны делятся на 5 групп.

1. Белый чугун (в изломе белый). Весь углерод находится в виде цементита Fe3C или в виде карбида в легированном чугуне. Степень графитизации равна нулю. Имеет высокую твердость HRC > 70, но изза низких механических свойств и хрупкости применение его ограничено. Используется для деталей простой конфигурации. Белый чугун идет на передел.

Фазовый состав – цементит + феррит. Микроструктура белых чугунов показана на рис. 56.

Рис. 56. Микроструктура белых чугунов, ×200:

а– доэвтектический (ледебурит, перлит + вторичный цементит);

б– эвтектический (ледебурит);

в– заэвтектический (ледебурит + первичный цементит)

75

2. Серый чугун (в изломе серый). Имеет углерод в свободном виде в форме пластинчатого графита. В структуре чугуна различается металлическая основа и графитные включения (рис. 57). Используется в машиностроении, для строительных конструкций.

Серый чугун маркируется буквами и двузначным числом, которое показывает предел прочности при растяжении, например СЧ25 (25 – предел прочности при растяжении, кгс/мм2; предел прочности при изгибе, кгс/мм2, примерно в 2 раза больше. Чугун с вермикулярным (в виде червеобразных прожилок) графитом называют серым вермикулярным чугуном.

Рис. 57. Микроструктура серого чугуна:

а– перлитный (×200); б – феррито-перлитный (×100); в – ферритный (×100)

3.Ковкий чугун (КЧ). Углерод в свободном состоянии находится в виде хлопьевидного графита.

Используется для деталей, которые испытывают большие динамические нагрузки. Бывает двух типов: перлитный (менее пластич-

ный), ферритный (менее твердый).

КЧ37-12 – 37 – предел прочности при растяжении, кгс/мм2; 12 – относительное удлинение, %.

4.Высокопрочный чугун (ВЧ). Углерод в свободном состоянии находится в виде шаровидного графита, который в меньшей степени ослабляет металлическую матрицу. Используется в машиностроении для более ответственных деталей. Прочность равна прочности стали,

но литейные свойства выше.

ВЧ60-2 – 60 – предел прочности при растяжении, кгс/мм2; 2 – относительное удлинение, %.

5.Специальные чугуны используются по специальному назначению.

а) жаростойкие:

76