Лабораторная работа № 2 Применение сталей и сплавов в промышленности

Цель работы: научиться назначать марку стали для деталей машин в зависимости от их служебного назначения, условий работы, стоимости, требований предприятия.

Оборудование и материалы: марочник сталей и сплавов.

Краткие теоретические сведения

Сталью называют сплав железа с углеродом и другими элементами с содержанием углерода до 2%.

Если сталь имеет в своем составе железо, углерод и некоторое количество так называемых постоянных примесей – таких элементов, как марганец (до 0,7%), кремний (до 0,4 %), сера (до 0,06 %), фосфор (до 0,07 %) и газов, то такую сталь называют углеродистой.

Если в процессе выплавки углеродистой стали к ней добавляют так называемые легирующие элементы – хром, никель, вольфрам, ванадий и др., а так же марганец, кремний в повышенном количестве, то такую сталь называют легированной.

1. Влияние на сталь углерода, постоянных примесей и легирующих элементов

Углерод оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышается ее твердость и прочность, уменьшается пластичность. Максимальная прочность стали достигается при содержании углерода 0,9%, при большем содержании углерода прочность уменьшается – это объясняется появлением в структуре вторичного цементита (сталь становится хрупкой).

Марганец и кремний являются полезными примесями в стали. Их добавляют в сталь при ее выплавке для удаления окислов железа. Положительное влияние марганца проявляется еще и в том, что он устраняет вредные сернистые соединения. Марганец и кремний в стали повышают ее твердость, прочность, но при этом снижают пластичность.

Сера попадает в сталь из чугуна, а в чугун из кокса и руды. Присутствие серы в стали снижает ее динамическую и усталостную прочность, а также износостойкость. Поэтому содержание серы в стали строго ограничено.

Фосфор, как и сера, попадает в сталь из руд. Фосфор повышает твердость и прочность стали, но снижает ее пластичность, поэтому при обычных температурах сталь становится хрупкой. Фосфор улучшает обрабатываемость резанием.

Легирующие элементы по разному влияют на механические свойства стали. Марганец и кремний – значительно повышают твердость, но снижают вязкость. Вольфрам и молибден – повышают твердость, снижают вязкость. Введение этих элементов в сталь снизит отпускную хрупкость стали. Хром в очень малой степени влияет на твердость и вязкость. Никель оказывает самое благоприятное воздействие – интенсивно повышает твердость, не снижая вязкости.

Легированием стали (различными элементами и в различном количестве) с применением термообработки можно получить по сравнению с углеродистой сталью большую вязкость при одинаковой прочности, и даже более высокие прочность и вязкость. Легированием можно получить нержавеющую сталь, кислостойкую, жаропрочную, немагнитную, магнитную, с особыми тепловыми и электрическими свойствами

2. Конструкционные стали

К конструкционным сталям, из которых изготовляют самые разнообразные конструкции, детали машин для различных отраслей промышленности, предъявляют требования высоких механических свойств, технологичности в обработке (хорошая обрабатываемость давлением, резанием, свариваемость) и дешевизны. Конструкционная сталь, в зависимости от условий работы деталей, должна иметь высокие прочность и пластичность (как при комнатной, так и при повышенных и низких температурах), упругость, хорошо сопротивляться ударной нагрузке, изнашиванию, усталости, хрупкому разрушению.