Контрольные вопросы для самопроверки по разделу 3.1

1. С какими элементами железо образует твердые растворы внедрения и замещения?

2. Как изменяется объем железа при превращении Fe -> Fe?

3. Что называют фазой сплава (системы)?

4. В чем разница и что общего между твердой фазой сплава и его структурной составляющей?

5. Какие определения имеют основные фазы железоуглеродис­тых сплавов: феррит, аустенит и цементит?

6. Как называются структурные составляющие сплава с содер­жанием углерода 0,8%, 4,3% и 6,67%?

7. Какова предельная растворимость углерода в феррите и аустените?

8. Как называются и что представляют собой микроструктуры железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода 0,8 и 4,3%?

9. По каким формулам определяется содержание углерода в доэвтектоидной и заэвтектоидной сталях?

10. Какую микроструктуру имеют доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные стали, а также доэвтектические, эвтектические и заэвтектические чугуны?

11. Какое влияние оказывает углерод на такие механические свойства стали, как прочность, твердость, пластичность и ударную вязкость?

Иллюстрации к теме 3 – см. Сборник наглядных пособий и др. учебные пособия на сайте.

3.2. «Углеродистые стали и чугуны. Легированные стали. Состав легирующих элементов»

«Верить нельзя никому… уж, Вы, мне поверьте!»

(Русское радио и Автор)

3.2.1 Углеродистые стали и чугуны.

Ключевые слова: Стали обыкновенного качества и качественные; чугуны серые, ковкие и высокопрочные. Классификация и маркировка сталей и чугунов. Сплавы железа с углеродом с содержанием последнего до 2,14% называются сталями, а более 2,14% - чугунами.

Углеродистые стали, применяемые на практике, содержат кроме углерода: 0,4% Si, 0,5-0,8% Mn и по 0,02-0,05% S и Р. Кремний и марганец являются полезными примесями; растворяясь в феррите, они упрочняют сталь. Сера образует соединение FeS и вызывает красно­ломкость, а фосфор - хладноломкость стали.Углеродистые конструкционные стали бывают обыкновенного ка­чества и качественные.

Стали обыкновенного качества подразделяют на группы А, Б и В. Стали группы А характеризуются механическими свойствами, груп­пы В - химическим составом, а группы В - механическими свойствами и химически составом. По степени раскисления они бывают кипящими (кп), полуспокойными (пс) или спокойными (сп), а в зависимости от нормируемых показателей механических свойств их подразделяют на ряд категорий.Конструкционные стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и цифрой - номером стали. Группа указывается соответс­твующей буквой в начале марки (для группы А буква не ставится). В конце марки указывается степень раскисления и номер категории (первая категория не указывается). Например, Ст1кп, БСт1пс, ВСт1кпЗ, ВСт6 и т.д. Стали обыкновенного качества применяются для изготовления малоответственных или малонагруженных деталей: ва­ликов, болтов, крышек подшипников и др. Их _в колеблется от 3ОО до 450 МПа, а δ - от 15 до 25%.

Качественные конструкционные стали отличаются меньшим содер­жанием вредных примесей (серы и фосфора  0,04%). Они подразделя­ются на стали с нормальным содержанием марганца, около 0,6% (I группа) и повышенным, около 1,2% (II группа), а по содержанию углерода: на малоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25-0,60% С) и высокоуглеродистые (более 0,6% С).Качественные конструкционные стали маркируются следующим об­разом: стали I группы - числами 08, 10, 25 ... 60, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента, а для сталей II группы - дополнительно в конце цифр ставится буква Г, указыва­ющая на повышенное содержание марганца. Стали I и II групп приме­няются для изготовления широкого круга ответственных деталей. При этом средне- и высокоуглеродистые стали подвергаются как правило термической обработке. Их _в колеблется от 350 до 750 МПа, а δ - от 30 до 10%.

Углеродистые инструментальные стали подразделяют на качест­венные: У7 ... У12, У13 и высококачественные: У7А ... У12А, У13А. Числа в марке указывают на содержание углерода в десятых долях процента, а буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь, т.е. содержащую меньший процент вредных примесей (S и Р).

Более подробно о сталях – см. учебник Лахтина стр. 253 и далее, также другие учебники.

Чугуны подразделяются на белые и серые. В белых чугунах уг­лерод находится в связанном состоянии, в цементите, а в серых - в свободном, в графите. При этом графит в чугуне выделяется в виде пластин, хлопьев или шаров, а металлическая основа может быть ферритной, феррито-перлитной или перлитной. Серые чугуны, приме­няемые на практике, содержат: 3-3,5% С, 1,5-3% Si, около 0,5% Мn, до 0,12% S и 0,3-0,8% Р. Чугуны с пластинчатым графитом обычно называют серыми.

Серый чугун (см. рис.4.4, г, д по теме 4), имеющий пластинчатые включениягpaфитa_, представляющего по существу пустоты с острыми надрезами_, обусловливает его низкие механические свойства: _в = 100-450 MПa_,  = 0,2-0,8%, а_н  0_,1 МДж/м².

Ковкий чугун (см. рис. 4.4, е, ж) получают из белого путем дли­тельного отжига. В результате чего цементит распадается с выделе­нием графита в виде хлопьев. Такие включения в меньшей мере ос­лабляют основу, поэтому ковкий чугун прочнее и пластичнее серого: _в = 300-630 МПа,  = 2-12%. Это позволяет применять ковкий чугун для изготовления деталей, работающих при умеренных ударных наг­рузках.

Высокопрочный чугун (см. рис. 4.4, з) получают при модифицирова­нии серого чугуна магнием или церием. При этом образуется графит шаровидной формы, исключающий острые надрезы в металлической ос­нове. Поэтому механические свойства этого чугуна значительно по­вышаются: _в - до 1200 МПа, 2-17%, а_н = 0,2-0,6 МДж/м². Такой чугун в ряде случаев является полноценным заменителем стали.Механические свойства чугунов определяются их структурой, зависящей не только от химического состава, но и от условий зат­вердевания. Поэтому стандарты регламентируют не химический состав чугунов, а их свойства. Эти свойства и указываются в марках. Нап­ример, СЧ 15 - серый чугун с _в = 150 МПа, КЧ 32-8 - ковкий чугун с _в = 320 МПа и  = 8%, ВЧ 60-10 - высокопрочный чугун с _в = 600 МПа и  = 10%.

Углеродистые стали и чугуны находят широкое применение в судостроении и судоремонте, а также для изготовления деталей судовых технических средств, например:

Сталь 15 - вкладыши рамового опорного и установочного под­шипников судовых среднеоборотных дизелей (СОД), подшипник рамовый с заливкой Б83; шпиндель, ось ролика регулятора с цемента­цией 0,8-1,2 мм; шайба кулачная, втулка топливной шайбы и топлив­ная шайба с последующей цементацией 1,2-2,0 мм судовых малообо­ротных двигателей (МОД).

Сталь 25Г - нижняя головка шатуна, рама фундамент­ная, ползун крейцкопфа с заливкой Б83 или БН и корпус толкателя привода распредвала.

Сталь 35 - вал коленчатый, стержень шатуна рабочего цилиндра и груз распределительного вала судовых СОД, связь анкерная, вал коленчатый, шатун рабочего цилиндра, болт шатунный, крейцкопф, вал распределительный, корпус главного пускового клапана.

Сталь 45 - вал распределительный, шестерни и другие детали СОД; болт, гайка и контргайка рамового подшипника; звездочки после литья и оси привода распредвала, корпус форсунки, шестерни, вал приводной и муфты регулятора с приводом.

СЧ 21 - рама фундаментная, крышка рамового подшипника, блок цилиндров, а также корпус, верхняя и нижняя крышка регулятора числа оборотов судовых двигателей, крышка подшипника, блок ци­линдров, маховик, уплотнение поршневого штока корпус сальника; корпуса топливного насоса, подшипника регулятора с приводом, сер­вомотора регулятора.

СЧ 24 - корпус привода топливного насоса, крышка рабочего цилиндра, кольца уплотнительные и маслосъемные, вставка головки поршня.

СЧ 28 - крышка-втулка рабочего цилиндра и поршень судовых среднеоборотных двигателей, параллель и тронк поршня.

Более подробно - см. учебник Лахтина, стр. 147 и далее, также другие учебники.