6.2. Механические свойства.

Механические свойства – основные свойства конструкционных материалов. Важнейшие механические свойства материалов: прочность, пластичность, твёрдость, вязкость, усталость, трещино-стойкость, хладостойкость и жаропрочность определяются в результате испытаний. Некоторые из этих свойств были рассмотрены ранее в главе II.

6.3. Производство чугуна и сталей.

В технике широко применяются сплавы железа: чугун и сталь. Для получения чугуна используется железная руда, содержащая оксиды железа Fe₂O₃, которая добывается обычно, с пустой породой SiО₂ и алюмосиликатами (полевой шпат, слюда, хлориты и др.) Чугун выплавляется в доменных печах восстановлением оксида железа Fe₂O₃ водородом или оксидом углерода. В доменную печь загружают руду, углерод (кокс) и флюс-известняк CaCO₃, который образует с пустой породой легкоплавкий шлак.

Кокс служит источником тепла для расплавления шихты и сырьём для получения восстановителя  оксида углерода СО.

При этом в доменной печи происходят и другие химические процессы. Кремний, фосфор, сера частично восстанавливаются из соединений и продукты всех этих побочных реакций растворяются в железе, приводя к образованию чугуна  сплава железа с углеродом, кремнием, серой и некоторыми другими соединениями. Расплавленный шлак легче чугуна, поэтому он всплывает. Жидкий чугун и шлак выпускают через отверстия, расположенные на разных уровнях.

Выплавка стали из чугуна (переделчугуна) осуществляется двумя способами.

В конверторном способе расплавленный чугун наливают в специальную ёмкость, (конвертор) и продувают через него воздух, обогащённый кислородом. Образующиеся оксиды кремния и фосфора частично реагируют с футеровкой конвертора, которая содержит СаО, шлак удаляют.

В мартеновском способе чугун плавится в мартеновских печах. Высокая температура в печи создаётся факелом горящего газа. Примеси окисляются частично кислородом воздуха, частично специальными добавками в чугун оксидом железа. Процесс интенсифицируют, обогащая воздух кислородом или пропуская чистый кислород.

Разработаны и используются и другие специальные способы получения стали.

6.4. Конструкционные металлические сплавы.

6.4.1. Сплавы на основе железа.

Сплавы железо-углерод, содержащие меньше 2,14% углерода, называются сталями. Если же сплавы содержат больше 2,14% углерода, то такие сплавы называются чугунами (содержат 3 – 4% углерода).

Углерод в сталях является главным элементом, от содержания которого зависят его свойства. С увеличением концентрации углерода повышается прочность и твёрдость, снижается пластичность и ударная вязкость сталей.

Постоянные примеси – это элементы, всегда присутствующие в любой стали. Их следует отличать от легирующих элементов, которые специально вводят в сталь для придания ей требуемых свойств. К полезным примесям относятся Mn, Si, а к вредным, как правило, S, P, O.

Конструкционные углеродистые стали имеют удовлетворительные механические свойства, технологичны с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением, дёшевы. Применяются для изготовления металлоконструкций и изделий машиностроения.

Легированные конструкционные стали. Легирование удорожает сталь, но при этом значительно повышает её механические свойства: прочность, пластичность, свариваемость. Никель увеличивает пластичность. Кремний используется при производстве электротехнических сталей с высоким удельным электрическим сопротивлением. Термическая обработка конструкционных сталей заключается в нагревании и охлаждении сплавов в области твёрдого состояния и позволяет влиять на структуру сплава и его физико-механические свойства.

Чугуны обладают высокими литейными качествами, хорошо обрабатываются резанием, образуя высококачественную поверхность для узлов трения и неподвижных соединений, что определяет их использование в качестве конструкционных материалов. Маркировка чугунов: СЧ– серый чугун; ВЧ– высокопрочный чугун; КЧ– ковкий чугун.