56. Коррозия металлов и защита от коррозии.

Диффузионная металлизация — процесс поверхностного насыщения стали алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами. Его осуществляют путем нагрева и выдержки стальных изделий в контакте с одним или несколькими из э Азотирование — процесс поверхностного насыщения стали азотом путем выдержки стали, нагретой до 500...650°С, в атмосфере аммиака NH3. Азотирование стали значительно повышает ее поверхностную твердость увеличивает износоустойчивость и предел усталости стали, повышает сопротивление коррозии. элементов.

54. Сортамент, классификации и маркировка чугунов и сталей.

влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства сталей

Стали (углеродистые) являются многокомпонентными сплавами. Кроме основы – железа (от 97,0 до 99,5% Fe) и углерода (до 2,14%), имеются ряд примесей: Mn, Si, S, P, O, N, H и др.

Наличие Mn, Si обусловлено технологическими особенностями производства (попадают в сталь в процессе раскисления).

Наличие P, S, O, N, H обусловлено невозможностью полного удаления их из металла при выплавке.

Случайные примеси Ni, Cr, Cu и др. – попадают из легированного металлического лома.

Влияние углерода на свойства стали Относительное удлинение (δ, %), относительное сужение (ψ, %) по мере увеличения углерода непрерывно снижаются.

Твердость (НВ) линейно повышается с увеличением углерода

Предел прочности (σВ) до 0,8-0,9% С растёт линейно, при дальнейшем увеличении углерода снижается предел прочности.

Ударная вязкость (а1) по мере увеличения содержания углерода до 0,6% резко снижается

влияние кремния и марганца Кремний и марганец раскисляют сталь, т.е. соединяясь с кислородом закиси железа FeO, в виде окислов переходят в шлак:
2FeO + Si = 2Fe + SiO; FeO + Mn = Fe + MnO.

Частично Si u Mn остаются в стали: Si – 0,35 – 0,4%; Mn – 0,5 – 0,8%.

Удаляя О2 – Si и Mn повышают плотность металла.

Si – сильно повышает предел текучести, снижает пластичность (стали с высоким содержанием Si не годятся к глубокой, холодной вытяжке). Поэтому стали предназначенные для холодной штамповки и холодной высадки должны содержать минимальное количество Si. Mn – заметно повышает прочность σв, σт, практически не снижая пластичности. Резко уменьшает красноломкость стали.

влияние серы

Сера (S) является вредной примесью. Попадает в сталь из чугуна (из золы и руды).

Содержание серы:
S – 0,035-0,06% (0,018% S – качественная сталь). Сера образует с железом соединение FeS. Это соединение образуют с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления – Тпл = 988 ̊С (что сопровождается красноломкостью).

Выводят серу из стали с помощью марганца. Марганец образует соединение MnS с высокой температурой плавления Тпл = 1620 ̊С: FeS+Mn→MnS+Fe.

Сера и её соединения при комнатных и пониженных температурах способствует снижению ударной вязкости стали. Также сера снижает пластичность – δ, ψ%. Сернистые включения ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость. Сера облегчает обрабатываемость резанием.

влияние фосфора

Фосфор (Р) является вредной примесью. Содержится в пределах 0,025–0,045% . Попадает в сталь в процессе производства из руды, топлива, флюсов.

Растворяясь в железе, фосфор сильно искажает решетку и увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает пластичность и вязкость.

Фосфор обладает большой склонностью к неоднородности распределения: он скапливается в серединных слоях слитка, по границам зёрен, сильно снижая ударную вязкость.

Фосфор (Р) – усиливает ковалентную (хрупкую) связь и ослабляет металлическую. С понижением температуры хрупкость металла увеличивается (хладноломкость). Фосфор облегчает обрабатываемость стали режущим инструментом. Совместное присутствие в стали фосфора и меди (Р + Сu) – повышает сопротивление коррозии.

влияние азота, кислорода и водорода

Кислород (О2): образует неметаллические включения оксиды – FeO, MnO, Al2O3, SiO2.

Азот (N2): образует нитриды – Fe4N, Fe2N, AlN.

Кислород и азот в свободном виде располагаются в раковинах, трещинах и др. Эти включения значительно уменьшают ударную вязкость, повышают порог хладноломкости и уменьшают пластичность, при этом повышается прочность стали.

Водород (Н2): при затвердевании часть водорода в атомарном состоянии остаётся в стали, способствуя сильному охрупчиванию стали.

примеси цветных металлов

Примеси: Cu, Pb, Zn, Sb, Sn и др. попадают в сталь в процессе переплавки бытового и машиностроительного лома. Их содержание невелико – сотые и тысячные доли процента (кроме меди – Cu ≈ 0,1 – 0,2%).

Эти примеси оказывают незначительное влияние на механические свойства. При точных исследованиях выявлено, что они повышают порог хладноломкости.

Например, каждая 0,01% примеси повышает порог хладноломкости на следующую величину: O2 – +15 ̊C; N2 – + 10 ̊C; C – +2 ̊C; P – +7 ̊C; Cu – +1 ̊C; Sn – +30 ̊C; Zn – +30 ̊C; Sb – +20 ̊C).

Стали классифицируют по способу производства, назначению, качеству, химическому составу, характеру застывания в изложницах и строению получающегося слитка.

По способу производства: мартеновская, конвертерная, электросталь, электрошлакового переплава и полученная другими способами.

По назначению :
а) конструкционная сталь, которую применяют при

изготовлении различных металлоконструкций (для строительства зданий, мостов, различных машин и т.п.). Конструкционные стали могут быть как простыми углеродистыми, так и легированными. Легированная сталь несколько дороже углеродистой, но так как она обладает значительно лучшими механическими свойствами, то расход ее на изготовление тех или иных конструкций значительно ниже, чем углеродистой;

б) топочная и котельная сталь – низкоуглеродистая сталь, применяемая для изготовления паровых котлов и топок. Эта сталь должна иметь хорошие пластические свойства в холодном состоянии, хорошо свариваться, не должна иметь склонности к старению;

в) сталь для железнодорожного транспорта – рельсовая сталь, осевая сталь, сталь для бандажей железнодорожных колес. Это среднеуглеродистая сталь, к ней предъявляются высокие требования при механических испытаниях, например на усталость, при проверке сплошности структуры металла;

г) подшипниковая сталь служит материалом для изготовления шариковых и роликовых подшипников. К этой стали, содержащей около 1% С и 1,5% Cr, предъявляют очень высокие требования по содержанию неметаллических включений;

д) инструментальная сталь применяется для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечного и штамповочного оборудования. Она содержит обычно значительное количество углерода, а также в ряде марок – значительное количество легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена и других.

Кроме указанных, имеется еще ряд групп сталей, назначение которых видно из самого их названия:

рессорнопружинные, электротехнические, трансформаторные, динамные, нержавеющие, орудийные, снарядные, броневые, трубные стали и другие.

По качеству:
- сталь обыкновенного качества (содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора);

-  качественная (до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно);

-  высококачественная (до 0.025% серы и фосфора);

-  особовысококачественная (до 0,025% фосфора и до 0,015% серы)

По химическому составу различают стали:
- Углеродистые (малоуглеродистыми - С менее 0,25%; среднеуглеродистые – С=0,25-0,60%; высокоуглеродистые – с более 0,60%)

-Легированные (низколегированные - до 2,5%; среднелегированные - от 2,5 до 10% легирующих элементов;

высоколегированные - свыше 10% легирующих элементов.)

по характеру застывания стали в изложницах различают: - спокойные (т. е.,полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами “сп” в конце марки (иногда буквы опускаются)

-  кипящие (слабо раскисленные; маркируются буквами "кп")

-  полуспокойные стали (занимающие промежуточное положение междудвумя предыдущими; обозначаются буквами "пс").

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:
• сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
• сталь группы Б - по химическому составу;

сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

Маркировка: Стали обыкновенного качества обозначают буквами "Ст" и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств.

Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер.

Буква "Г" после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали.

Перед маркой указывают группу стали, причем группа "А" в обозначении марки стали не ставится.

Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

стали 1-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам (предел текучести (ут, МПа), временное сопротивление (ув, МПа), относительное удлинение).

Стали 2-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам и химическому составу.

Стали 3-й категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при +200С.

Стали 4-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при -200С.

Стали 5-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу, ударной вязкости при -200С и после старения.

области применения сталей обыкновенного качества:

Ст0 – ограждения, перила, кожухи, обшивка (т.е. детали неответственные).

Ст1 – детали с высокой вязкостью и низкой твердостью (анкерные (фундаментные) болты, связывающие обшивки).

Ст2 – неответственные детали требующие высокой пластичности или глубокой вытяжки.

Ст3 – несущие элементы сварных и не сварных конструкций или деталей; фасонные швеллеры для рамы тракторов, обода колес автомобилей, фасонные профили для с/х машиностроения; арматура гладкого профиля для армирования ж/б конструкций.

Ст5 – болты, гайки, тяги, трубные решетки, клинья, рычаги, упоры, штыри, стержни, пальцы.

Ст6 – бабы молотов (ударная часть), шпиндели (вращающая часть на станке), ломы строительные.

От Ст0 до Ст6 – балки двутавровые, швеллеры, угловая сталь.

качественные стали маркируют следующим образом:

1) в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации;

а) в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода;

05кп – сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;

60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;

б) в десятых долях процента для индустриальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой "У":

У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);

У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;

2)легирующие элементы, входящие в состав стали,

обозначают русскими буквами: А – азот, К – кобальт, Т – титан, Б – ниобий, М – молибден, Ф- ванадий, В – вольфрам, Н – никель, Х – хром, Г – марганец, П – фосфор, Ц – цирконий, Д – медь, Р – бор, Ю – алюминий, Е – селен, С – кремний, 
Ч – редкоземельные металлы

если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах.

Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).

высококачественные и особовысококачественные стали

Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной - через тире букву "Ш".

отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.

Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами "ШХ", после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.

Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой "Р", следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:

Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобольта.

автоматные стали обозначают буквой "А" и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:

А12 - автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода.
В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают: Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава.

Чугуны подразделяют на:
1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита; 2) высокопрочные - шаровидный графит;
3) ковкие - хлопьевидный графит.

маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).

СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;

ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;

КЧ35 - ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун:

С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТ 1585-79. Классу арматурной стали соответствуют диаметр профиля в мм и марка стали:

А-I(A240) – 6-40 – Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп

A-II(A300) – 10-40, 40-80 – Ст5сп, Ст5пс, 18Г2С

Ac-II(Ac300) – 10-32(36-40) -10ГТ

A-III(A400) – 6-40, 6-22 – 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс

A-IV(A600) – 10-18,(6-8),10-32,(36-40) – 80С,20ХГ2Ц

A-V(A800) – (6-8),10-32,(36-40) – 23Х2Г2Т

A-VI(A1000) – 10-22 – 22Х2Г2АЮ,22Х2Г2Р,20Х2Г2СР

К индексу добавляется “т”–для термически упрочненной арматурной стали, “в”–для упрочненной вытяжкой