Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Бердичівський коледж промисловості, економіки та права
Затверджено
Методичною радою
Голова методичної ради
_________ Т.С.Капралюк
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
для вивчення тем з дисципліни
«Основи металознавства»
Розділ 4
для студентів спеціальності 5.05040201
“Ливарне виробництво чорних і кольорових металів і сплавів”
Автор-укладач Шенгелая С.В.
Розглянуто та схвалено на засіданні циклової комісії
5.05040201 “Ливарне виробництво чорних і
кольорових металів і сплавів”
Протокол № 1 від 31.08.2012 р.
Голова комісії _______________ Р.В.Єрмоленко
2012
Зміст
Тема 4.1. Вуглецеві сталі 3
1. Вплив на властивості сталі домішок та газів 3
2. Класифікація, маркування та хімічний склад сталей 5
Тема 4.2. Сірі, ковкі та високоміцні чавуни 8
1. Вплив швидкості охолодження та домішок 8
2. Сірий чавун класифікація, маркування, хімічний склад 10
3. Ковкий чавун класифікація, маркування, хімічний склад 11
4. Високоміцний чавун класифікація, маркування, хімічний склад 13
5. Антифрикційний чавун класифікація, маркування, хімічний склад 14
Тема 4.1. Вуглецеві сталі. План
1. Вплив на властивості сталі домішок та газів
2. Класифікація, маркування та хімічний склад сталей
Рекомендована література:
1. Самохоцкий А.Н. „Металловедение”, изд. Металургія, 1990, М.
2. Бялик О.М., Черненко В.С., Писаренко В.М., Москаленко Ю.Н. Металознавство М. ”Политехника”, 2002
3. Лейкин А.Е., Родин Б.И. „Материаловедение”; М „Высшая школа”; 1971
4. В. Попович „Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство” Львів, 2002р.
Студенти повинні знати:
Основні поняття про сплав, основні домішки, класифікацію по складу, структурі, призначенню.
Студенти повинні вміти:
Визначити тип сплаву, дати порівняльну характеристику між різними видами сталі, визначати марку сталі.
1. Вплив на властивості сталі домішок та газів
Сплави заліза з вуглецем широко застосовують у техніці. Наша країна завжди славилася майстерністю у виробництві сталі і чавуна, завдяки чому ще в минулому столітті була створена сталь, що перевершує дамаську, а в даний час розроблені найбільш зроблені способи виробництва.
Вітчизняній науці належить перше і саме почесне місце у вивченні будівлі сталі і чавуна і процесів, що відбуваються в них при нагріванні й охолодженні. Особливо велика заслуга великого росіянина вченого Д.К.Чернова, завдяки відкриттям якого виробництво сталі і чавуна і їхня термічна обробка одержали міцну наукову основу. Д.К.Чернову належить честь відкриття перетворень у сталі у твердому стані і критичних крапках Чернова. До відкриття. критичних крапок не було відоме, що відбувається в сталі при нагріванні й охолодженні. Тому термічна обробка стали давала самі різні результати і не гарантувала ні сталості якості, ні необхідних властивостей виробів.
Д.К.Чернов у 1868 р. установив наявність у сталі критичної крапки а, що відповідає темно-вишневому кольору розжарювання, і крапки в, що відповідає червоному кольору розжарювання.
Пізніше, у 1916 р., Д.К.Чернов побудував діаграму залізо — вуглець, що з'явилася прообразом сучасної діаграми стану.
Відкриття критичних крапок у сталі дало можливість створити науково обґрунтовану технологію термічної обробки.
Вуглецеві сталі окрім залізної основи та вуглецю міститься ряд постійних домішок, які потрапляють в сплав в наслідок технології плавлення металевої шихти, наприклад, марганець та кремній; залишаються в сплаві в наслідок неможливості повного вилучення – сірка, фосфор, кисень, азот та водень або випадкових домішок – хром, нікель, мідь.
Вплив вуглецю – вуглець потрапляє в сталь навмисно та суттєво впливає на властивості, навіть при незначній зміні вмісту. В залежності від вмісту вуглецю сталі поділяють на конструкційні (0,05 – 0,85% С) та інструментальні (0,6 – 1,4% С).
На малюнку 1 ми бачимо зміну механічних властивостей сталі в залежності від вмісту вуглецю (для повільного охолодження). З підвищенням вмісту вуглецю до 1,2% твердість та міцність збільшуються, а пластичність та в’язкість зменшуються. Це пов’язано зі зміною кількості цементиту та фериту в структурі сталі.
Збільшення вуглецю впливає також і на технологічні властивості сталі. Наприклад, кування стає неможливим в холодному стані та ускладнюється в гарячому стані; підвищується трудомісткість обробки різанням, знижується зварюваність, але підвищуються ливарні властивості.
В
плив
постійних домішок – вміст марганцю та
кремнію зумовлено процесом плавлення
сталі. Для того щоб вивільнитись від
оксиду заліза FeO,
який утворюється при плавленні та
суттєво погіршує властивості сталі,
додають марганець та кремній. Цей процес
називають розкисленням сталі. При цьому
вміст марганцю не повинен перевищувати
0,75%, а кремнію – 0,35%.
Вміст марганцю та кремнію в такій кількості практично не впливає на механічні властивості сталей. Більш високий вміст суттєво знижує механічну та термічну обробку. Сталі, що містять більше 1% марганцю та більше 0,8% кремнію, є спеціальними сталями.
Сірка та фосфор є шкідливими домішками. Вміст більше ніж 0,05% кожної з них різко погіршує властивості сталі.
Шкідлива дія сірки пов’язана з явищем червоноламкості сталі, тобто з підвищеною крихкістю (утворенням тріщин) в гарячому стані, під час кування та прокатки. Червоноламкість сталі є наслідком того, що сірка, з’єднуючись з залізом, утворює евтектику, температура плавлення якої 988оС (значно нижчу температуру плавлення сталі). При кристалізації евтектика розташовується по границях зерен, а при нагріві сталі для кування або прокатки евтектика плавиться, зв'язок між зернами порушується, сталь окрихчується. Червоноламкість послаблюється з введенням марганцю, який утворює з сіркою сульфід марганцю, температура плавлення якого 1620оС.
Шкідлива дія фосфору полягає в стрімкому підвищенні крихкості сталі при звичайній температурі. Це явище отримало назву хладноламкість та виникає в наслідок того що фосфор розчиняючись в фериті, суттєво підвищує крихкість при звичайних температурах.
Шкідливий вплив фосфору підвищується з підвищенням вмісту вуглецю в сталі. Однак для покращення обробки деяких марок сталі (автоматних з вмістом вуглецю 0,3%) припускається підвищений вміст фосфору – до 0,15% та сірки – до 0,2%.
Гази водень, кисень та азот містяться в сталі в невеликій кількості в залежності від способу виготовлення сплаву. Вони погіршують властивості сталі. При вакуумній плавці зменшується вміст водню, кисню та азоту, а також неметалічних домішок.