Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

vopros_8_Uglerodistye_stali_i_chuguny

.docx
Скачиваний:
9
Добавлен:
02.01.2021
Размер:
17.18 Кб
Скачать

Углеродистые стали и чугуны. Классификация и маркировка. Состав, структура в равновесном состоянии и свойства (особенности получения).

Сталь (от нем. Stahl)[1] — сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержащий не менее 45 % железа и в котором содержание углерода находится в диапазоне от 0,02 до 2,14 %, причём содержанию от 0,6 % до 2,14 % соответствует высокоуглеродистая сталь. Если содержание углерода в сплаве превышает 2,14 %, то такой сплав называется чугуном. Углерод придаёт сплавам прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Углеродистые стали различают по следующим признакам:

1) по диаграмме состояний – доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные;

2) по структуре – «феррит + перлит», «перлит», «перлит + цементит вторичный»;

3) по содержанию углерода – низкоуглеродистые (менее 0,3 %), среднеуглеродистые (0,3 – 0,6 %) и высокоуглеродистые (0,7 % и более);

4) по способу выплавки – выплавленные в конверторах (конверторные), в мартеновских и электрических печах (мартеновские и электростали);

5) по способу изготовления изделий – горячекатаные (кованые) и литейные; 6) по содержанию вредных примесей (серы и фосфора) – обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Основными показателями для их разделения служат нормы содержания вредных примесей;

7) по степени раскисления – спокойные (сп), полуспокойные (пс), кипящие (кп). Кипящие стали содержат не более 0,07 % кремния, дешевы, хорошо поддаются холодной листовой штамповке, но по сравнению со спокойными имеют высокий порог хладноломкости, и их нельзя использовать для ответственных конструкций в условиях Сибири и севера. Порог хладноломкости – отрицательная температура, при которой металл переходит в хрупкое состояние;

8) по назначению – конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали предназначены для изготовления металлоконструкций, деталей машин и должны иметь высокую конструкционную прочность (определенный комплекс механических свойств) и хорошие технологические свойства. Конструкционные стали обычно содержат не более 0,6 – 0,7 % углерода и имеют ферритно-перлитную структуру, т. е. являются сталями доэвтектоидными. Инструментальные стали, содержащие более 0,7 % углерода, должны иметь высокие твердость, прочность и износостойкость, предназначены они для изготовления инструментов. Это стали эвтектоидные и заэвтектоидные, их структура – «перлит» или «перлит + цементит вторичный».

В соответствии с ГОСТ 380-94 углеродистую сталь обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп. Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифры – условный номер марки в зависимости от химического состава, буква «Г» – марганец при его массовой доле в 10 стали 0,80 % и более, буквы «кп», «пс», «сп» – степень раскисления стали: «кп» – кипящая, «пс» – полуспокойная, «сп» – спокойная.

Обозначают качественные конструкционные стали по ГОСТ 1050-88. Эти стали характеризуются более низким содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Качественные стали находят многостороннее применение в машиностроении, приборостроении, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки они характеризуются широким диапазоном механических и технологических свойств и маркируются двухзначными цифрами 08, 15, 20, ..., 55, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Перед цифрами буквы «Ст» не ставятся, но можно писать слово «Сталь». Спокойные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие – с индексами пс, кп соответственно. Кипящие стали выпускаются следующих марок: 08кп, 10кп, 20кп, а полуспокойные – 08пс,10пс, 15пс, 20пс. В отличие от спокойных кипящие стали практически не содержат кремния (не более 0,07 %), а в полуспокойных его количество ограничено (0,17 %). Состав и характеристики механических свойств качественных конструкционных сталей приведены в табл. 1.3. Стали, предназначенные для производства отливок, маркируются с добавлением буквы Л (литейные), например: 25Л, 30Л, 35Л. Автоматные стали отличаются хорошей обрабатываемостью резанием благодаря повышенному содержанию серы и фосфора и предназначены для изготовления деталей массового производства на станках-автоматах. Стали маркируются буквой А (автоматика) и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента, например: А12, А20, А30, А40. В последнее время как автоматные применяют углеродистые и легированные стали с добавлением свинца (0,15 – 0,30 %), например, АС11, АС40.

Углеродистые инструментальные стали поставляют потребителю после отжига на зернистый перлит с гарантированными химическим составом и твердостью. К недостаткам углеродистых инструментальных сталей относятся склонность к перегреву, низкая прокаливаемость, отсутствие теплостойкости. Из них изготавливают деревообделочный, слесарный, кузнечный, гравировальный инструмент, пуансоны, матрицы и т. п. Качественные и высококачественные инструментальные стали маркируются буквой У (углеродистые инструментальные) и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в деся- 12 тых долях процента, например, У7, У8, У10, У12 – качественные и У7А, У8А, У10А, У12А – высококачественные (углеродистая инструментальная высококачественная, содержание углерода – 12/10 – 1,2 %. Буква А в конце марки указывает на то, что сталь высококачественная, т. е. имеет пониженное содержание вредных примесей (серы и фосфора).

Чугун – важнейший машиностроительный материал для литейного производства. В зависимости от состояния углерода различают белый чугун, в котором весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита (структура его состоит из двух фаз – Ф + Ц). Этот чугун твердый, хрупкий и имеет ограниченное применение.

Серый чугун с пластинчатым графитом маркируется (согласно стандарту) буквами СЧ, после букв ставятся цифры, указывающие среднее значение предела прочности при растяжении σв, МПа∙10-1 . Механические свойства и структура марок этого чугуна приведены в табл. 2.1.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом маркируется буквами ВЧ, а цифрами указывается предел прочности при растяжении. Чугуны ВЧ60, ВЧ70 имеют перлитную металлическую основу; ВЧ45, ВЧ50 – перлитноферритную; ВЧ35, ВЧ40 – ферритную основу и, следовательно, более высокую пластичность.

Ковким называется чугун с хлопьевидным графитом, который получается в результате специального графитизирующего отжига (томления) отливок из белого доэвтектического чугуна. Химический состав белого чугуна, отжигаемого на ковкий, содержит углерод (2,6 – 3,0 %) и кремний (0,8 – 1,5 %). Низкое содержание углерода способствует повышению пластичности, так как при этом уменьшается количество графита, выделяющегося при отжиге. Пониженное содержание кремния исключает выделение пластинчатого графита в отливках при их кристаллизации в форме.

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами, указывающими предел его прочности при растяжении (кгс/мм2 ) и относительное удлинение (%)

Чугун с вермикулярным графитом получают комплексным модифицированием жидкого чугуна иттрием, церием и магнием по той же технологии что и высокопрочный. ГОСТ 28394-89 устанавливает марки чугуна для отливок, имеющего в структуре графит вермикулярной (червеобразной) формы (ВГ) с количеством шаровидного графита не более 40 %. Для изготовления отливок должны применяться чугуны марок: ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ40, ЧВГ45. Условное обозначение марки включает в себя букву Ч – чугун; буквы ВГ – форма графита (вермикулярный графит) и цифровое обозначение минимального значения временного сопротивления разрыву при растяжении 10-1 МПа