27 Черные металлы. Основные свойства.Область прим-я.

Сталью называют сплав железа с углеродом (до 2 %) и другими элементами. Широ­кое использование сталей обусловлено комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Стали сочетают высокую жёсткость с достаточной статической и циклической прочностью. Изменяя химический состав, можно получать стали с различными свойствами и использовать их во многих отраслях техники и народного хозяйства. Широкое применение стали в промышленности предусматривает разнообразные требования, что обусловливает большое количество видов стали, отличающихся по химическому составу, структуре, свойствам.

Основным компонентом стали является железо. Также сталь содержит углерод и другие компоненты и примеси. При нормальных условиях сталь состоит из частиц феррита и цементита. Для феррита характерны относительно низкие прочность и твёрдость, но вы­сокие пластичность и ударная вязкость. Цементит хрупок, но весьма твёрд и прочен. Соотношение между этими фазами в структуре стали определяется в основном содержанием в ней угле­рода; различные свойства этих фаз и обусловливают многообразие свойств стали.

В зависимости от содержания С различают низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую сталь.

Диапазон свойств стали расширяется с помощью легирования, а также различных способов термической обработки. Так, при закалке образуется мартенсит — пересыщенный твёрдый раствор углерода в железе, характеризующийся высокой твёрдостью, но и большой хрупкостью; сочетая закалку с отпуском, можно придать стали требуемое сочетание твёр­дости и пластичности.

В современной металлургии сталь вы­плавляют в основном из чугуна и стального лома. В состав легированных сталей входят легирующие элементы (Сг, N1, Мо, М, V, Л, №, 2г, Со и др.), которые вводят в сталь для улучшения её технологических и эксплуатационных характеристик или для придания ей особых свойств. По степени легирования различают низколегированные ,среднелегированные и вы­соколегированные стали. По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. К сталям с особыми физическими и химическими свойствами относятся электротех­нические стали, нержавеющие стали, кислотостойкие, окалиностойкие, жаропрочные, стали для постоянных магнитов и другие. Для многих сталей этой группы характерны низкое со­держание углерода и высокая степень легирования.

Виды сталей. Область применения.

Сталью называют сплав железа с углеродом (до 2 %) и другими элементами. Классификация сталей проводится в зависимости от способа её производства, хими­ческого состава, назначения и области применения. В современной металлургии сталь вы­плавляют в основном из чугуна и стального лома. По типу сталеплавильного агрегата сталь имеет названия ки­слородно-конвертерная, мартеновская или электросталь. По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. В зависимости от содержания С различают низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую сталь. По степени легирования различают низколегированные, среднелегированные и вы­соколегированные стали. По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов и т.п. Инструментальные стали служат для изготовления резцов, фрез, штампов, калибров и другого режущего, ударно-штампового и мерительного инструмента.

По качеству стали обычно подразделяют на обыкновенные (рядовые), качественные, высококачественные и особо высококачественные. По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спо­койные, полуспокойные и кипящие.Стали с содержанием углерода более 0,7 % в основном используются в штампово- инструментальном производстве холодного и горячего деформирования. Кроме того, из этих сталей изготавливают режущий и мерительный инструмент, применяемый в различ­ных областях народного хозяйства.Стали обыкновенного качества выпускают в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.п.) в нормализованном состоянии и в зависимости от назначе­ния и комплекса свойств подразделяют на группы: А, Б, В.

Стали группы «А» применяют в строительстве для из­готовления металлоконструкций.

Стали группы «Б» применяют для изделий, изготавли­ваемых с применением горячей обработки. Стали группы «В» применя­ют для ответственных деталей (для производства сварных конструкций). Углеродистые стали обыкновенного качества (всех трёх групп) предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Углеродистые стали обыкновенного качества широко используют­ся в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций. Среднеуглеродистые стали пред­назначаются для рельсов, железнодорожных колёс, а также валов, шкивов, шестерён и дру­гих деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин. Качественные стали широко применяются в машиностроении и приборостроении. Низкоуглеродистые стали можно использовать в автомобилестроении для изготовления деталей сложной формы. Высокоуглеродистые стали используются для изготовления пружин, рессор, высокопрочной проволоки и других изделий с высокой упругостью и износостойкостью.

Чугуны. Классификация. Свойства. Применение.

Чугун выплавляют в доменных печах . Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Железные руды — гор­ные породы, содержащие железо в виде химических соединений с кислородом и другими элементами. Обычно для про­изводства чугуна используют магнитный железняк с содержанием железа до 70 %, красный железняк, содержащий до 65 % железа, и бурый железняк, содержащий до 60 % железа. Топливом в доменном процессе служит кокс, получаемый при сухой перегонке (сжигание без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы — известняки, доломиты, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак.

Чугун является сплавом железа с углеродом, в котором обычно содержится более 2 % углерода и постоянные примеси,а иногда и легирующие элементы. Чугун - важнейший первичный продукт чёрной металлургии, используемый для передела при про­изводстве стали и как компонент шихты при вторичной плавке в чугунолитейном производ­стве. Чугун вторичной плавки является одним из основных конструкционных материалов. Широкое использование чугуна в машиностроении объясняется его хорошими литейными и прочностными свойствами, на долю деталей из него приходится более 70 % от общей массы отливок. В зависимости от характера кристаллизации и режима охлаждения, соединения и форма углерода может быть как в белом чугуне либо в виде графита (серые чугуны).

Свойства чугуна зависят от свойств металлической основы и характера графитных включе­ний. Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугуна (машиностроение, сан­техника, строительные конструкции). Свойства серого чугуна за­висят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера рас­пределения включений графита. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации.

Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графи­та, а часть — в связанном в виде карбидов. Применяется в качестве фрикционного материа­ла, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные вал­ки).

Ковким называют чугун в отливках, изготовленный из белого чугуна и подвергну­тый последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ков­кий чугун используют в основном в автомобиле-, тракторо- и сельхозмашиностроении.

Высокопрочный чугун, характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита применяется для замены стальных литых и кованых деталей. Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугу­ну особых свойств в его состав вводят легирующие элементы.

Легированные чугуны классифицируют в соответствии с содержанием основных ле­гирующих элементов — хромистые, никелевые, алюминиевые и т.д. По степени легирова­ния различают низколегированные, среднелегированные и высоколегированные.

Путем отливки из серого чугуна получают элементы строительных конструкций, ра­ботающих на сжатие (колонны, опорные подушки, арки, своды, тюбинги метрополитена, плиты для полов промышленных зданий и т.п.). Серый чугун используют для литья печных приборов (топочные дверцы, задвижки, колосники, решетки), а также архитектурно- художественных изделий.

Для нужд строительства из чугуна изготавливают элементы отопительных котлов, секционные радиаторы, санитарно-технические приборы и арматуру (ванны, душевые под­доны, канализационные трубы и др.).

Чугун используется как материал для изготовления художественных отливок.