3.5. Углеродистые стали. Чугуны

Углеродистыми сталяминазывают сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % С, при малом содержании других элементов. Свойства углеродистых сталей зависят от содержания углерода, а также от содержания постоянных примесей. Полезными примесями являются Mn и Si, а наиболее вредными примесями – S и P, поэтому их содержание в металле должно быть как можно меньше. Кислород, азот, углерод либо образуют химические соединения, либо присутствуют в свободном состоянии в порах металла; даже небольшая концентрация газов резко снижает механические свойства сталей.

Углеродистые стали классифицируют по следующим характеристикам: 1)по содержанию углеродастали подразделяют на низкоуглеродистые (менее 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,7 % С) и высокоуглеродистые (более 0,7 % С);

2) по качествустали разделяют на стали обыкновенного качества (содержат до 0,06 % S и 0,07 % Р), качественные (не более 0,04 % S и 0,035 % Р), высококачественные (не более 0,025 % S и 0,025 % P);

3) по структуре в равновесном (отожженном) состоянии стали делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные;

4) по назначению стали делят на конструкционные и инструментальные.

В машиностроении применяют конструкционные углеродистые качественные стали(ГОСТ 1050-88). Маркируют стали двузначными цифрами 10, 15, 20…75, 80, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 20 содержит в среднем 0,20 % С. К углеродистым сталям также относят стали с повышенным содержанием марганца (0,7-1,0 %) марок 15Г, 20Г…70Г. Углеродистые стали используют для изготовления деталей разного, чаще всего неответственного назначения, они являются достаточно дешевым материалом.Литейные стали(ГОСТ 977-88) маркируют так же, как и деформируемые, но с добавлением буквы Л в конце марки: 15Л, 20Л…50Л. Литейные стали содержат больше примесей: не более 0,06 % S и 0,08 % P.Углеродистые инструментальные стали У7, У8,…,У12 (ГОСТ 1435-90). Буква У в марке указывает, что сталь углеродистая, а цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента. Углеродистые стали являются дешевым материалом для измерительного и режущего инструмента, но имеют существенный недостаток – сильное разупрочнение при рабочих температурах выше 200 ºС.

Чугуны являются наиболее распространенными сплавами для фасонного литья. Чугун – один из самых дешевых металлических материалов, он обладает прекрасными литейными свойствами, хорошо обрабатывается резанием. Промышленные чугуны содержат 2,0-4,5 % C, 1,0-3,5 % Si, 0,5-1,0 % Mn, до 0,3 % P и до 0,2 % S. Серый чугун с пластинчатым графитом маркируют буквами СЧ, за которыми следует число, обозначающее гарантируемое временное сопротивление при растяжении в кгс/мм². ГОСТ 1412-85 включает шесть основных марок серого чугуна – от СЧ 10 до СЧ 35. Количественные параметры структуры чугуна оцениваются по ГОСТ 3443-87 (рис. 3.5,а,б). Основные области применения серого чугуна – станкостроение и тяжелое машиностроение, автомобильная промышленность, санитарно-техническое оборудование.

а) б) в) г)

Рис. 3.5. Графит в пластинчатом сером чугуне (а, б), ковком чугуне (в), высокопрочном чугуне (г)

При введении в чугун 0,05 % магния или церия графит кристаллизуется в шаровидной или близкой к ней форме (рис. 3.5,г). Разобщенные шаровидные включения меньше, чем пластинчатые, ослабляют сечение металлической матрицы, такие чугуны имеют большую прочность и получили названиевысокопрочные. В соответствии с ГОСТ 7293-85 высокопрочные чугуны обозначают буквами ВЧ, за которыми следует число, указывающее гарантируемое значение_Вв кгс/мм²: ВЧ 35, ВЧ 60. Высокопрочные чугуны используют для замены литой стали в изделиях ответственного назначения.

Ковкий чугунполучают графитизирующим отжигом белого чугуна. Графит образуется в благоприятной для механических свойств компактной форме (рис.3.5,в), относительное удлинение ковкого чугуна достигает уровня 10-12 %, тогда как, у серого чугуна с пластинчатым графитом – 1 %. Ковкий чугун маркируют буквами КЧ, за которыми следуют два числа, обозначающие минимальные величины_В(кгс/мм²) и(%): КЧ 35-10, КЧ 45-7, КЧ 70-2 (ГОСТ 1215-79). Ковкий чугун широко используют в автомобильной промышленности, сельскохозяйственном машиностроении для производства мелких и средних по массе деталей.