34. Чугуны. Фазы и структурные составляющие белых чугунов.

Чугун отличается от стали: по составу - более высокое содержание углерода и примесей; по технологическим свойствам - более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

• белый чугун - углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;

• серый чугун - весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;

• половинчатый - часть углерода находится в свободном состоянии в форме

графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.

Фазы и структурные составляющие белых чугунов.

Обычной структурной составляющей белых чугунов является ледебурит. Ледебуритом называют смесь аустенита и цементита, образующуюся по эвтектической реакции при переохлаждении жидкости состава точки С (4,3 % углерода) ниже температуры 1147 °C.

Эвтектика(ледебурит)

В доэвтектических белых чугунах из жидкой фазы кристаллизуется аустенит, затем эвтектика – ледебурит.

При охлаждении чугуна в интервале температур от 1147 °С до 727 °С аустенит обедняется углеродом, его состав изменяется по линии ЕS и выделяется вторичный цементит. При небольшом переохлаждении ниже 727 °С аутенит состава точки S по эвтектоидной реакции распадается на перлит (Ф + Ц).

Структурная диаграмма состояния системы железо-цементит

Вторичный цементит, выделяющийся по границам зерен аустенита, сливается с цементитом ледебурита. Под микроскопом трудно различить включения вторичного цементита.

Таким образом, при комнатной температуре в доэвтектических белых чугунах находятся три структурные составляющие – перлит, ледебурит и вторичный цементит (рис. 2).

Эвтектический белый чугун при комнатной температуре состоит из одной структурной составляющей – ледебурита. Последний, в свою очередь, состоит из перлита и цементита и называется ледебуритом превращенным.

В заэвтектических белых чугунах из жидкости кристаллизуется первичный цементит в виде плоских игл, затем образуется ледебурит.

При комнатной температуре эаэвтектический белый чугун содержит две структурные составляющие: первичный цементит и ледебурит.

Фазовый состав белых чугунов при комнатной температуре такой же, как в углеродистых сталях в равновесном состоянии, все они состоят из феррита и цементита.

Микроструктура белых чугунов (слева схематическое изображение):

а) доэвтектический; б) эвтектический; в) заэвтектический

35. Легированные стали. Маркировка. Строительные, высокопрочные, подшипниковые стали: легирование, термообработка.

Легированными называют стали, в которые вводятся специальные легирующие элементы, способные улучшать механические, технологические, эксплуатационные свойства, а в некоторых случаях придавать стали особые физические или химические свойства.

Маркировка

В России принята буквенно-цифровая система обозначения марок сталей и сплавов.

В легированных сталях основные легирующие элементы обозначают буквами: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ю – алюминий.

Цифры после буквы в обозначении марки стали показывают количество элемента, округленное до целого числа. При среднем содержании элемента до 1,5% цифру не ставят. Содержание углерода указывает в начале марки в сотых (конструкционные стали) или десятых (инструментальные стали) долях процента.

Например 45ХН2МФ: конструкционная сталь, содержащая 0,45%С, 0,9%Cr, 2%Ni, 0,3Mo, 0,18V.

4Х5МФС: инструментальная (штамповая) сталь состава 0,4%С, 5%Сr, 1,5%Mo, 0,5%V, 1,2%Si.

Если содержание углерода в инструментальных легированных сталях 1% и более, то цифру в начале марки не ставят: Х, ХВГ.

Буква «А» в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественной (30ХГСА), если «А» стоит в середине марки – то сталь легирована азотом (16Г2АФ), а в начале марки «А» указывает на то, что сталь автоматная повышенной обрабатываемости (А35Г2).

При применении специальных методов очистки особовысококачественной стали в конце марки добавляются через дефис соответствующие индексы: Ш – электрошлаковый, ВД – вакуумно-дуговой, ШВД – электрошлаковый с последующим вакуумно-дуговым переплавом (30ХГС-Ш, 40Х5МФ-ШВД).

Сталь, применяемая для изготовления отливок, обозначается добавлением буквы «Л» в конце марки: 20Г2ФЛ.

Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают упрощенно по порядковому номеру разработки и освоения стали на металлургическом заводе. Перед номером стали ставят индексы «ЭИ», «ЭП» (завод «Электросталь»).

Строительные стали

К строительным сталям относятся углеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные стали. Основные требования к строительным сталям – их хорошая свариваемость. Например: С255, С345Т, С390К, С440Д.

Прочность строительных сталей повышается в результате легирования. Поскольку строительную сталь используют в больших количествах, то целесообразно вводить в ее состав дешевые легирующие элементы. Такими элементами являются марганец и кремний. Низколегированная строительная сталь содержит до 1,75 % Мn и до 0,7 % Si.

Высокопрочные стали

Высокопрочные стали – это стали, у которых подбором химического состава и термической обработкой достигается предел прочности примерно вдвое больше, чем у обычных конструкционных сталей. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях – таких, как 30ХГСН2А, 40ХН2МА, 30ХГСА, 38ХН3МА, 03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ.

Высокопрочное состояние может быть получено несколькими способами. Один из таких способов легирование среднеуглеродистых сталей (0,40,5 % С) хромом, вольфрамом, молибденом, кремнием и ванадием. Эти элементы затрудняют разупрочняющие процессы при нагреве до 200300 С. При этом получают мелкое зерно, что в свою очередь понижает порог хладноломкости, увеличивает сопротивление хрупкому разрушению.

Высокопрочное состояние может быть получено и за счет применения термомеханической обработки (ТМО).

Подшипниковые стали

Подшипниковые стали (шарикоподшипниковые) стали имеют высокую прочность, износоустойчивость, выносливость. К подшипниковым предъявляют повышенные требования на отсутствие различных включений, макро- и микропористости. Обычно шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1%) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).

Для изготовления шариковых и роликовых подшипников применяют высокоуглеродистую сталь, легированную хромом.