Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 19 )

4. Випадкові домішки.

Класифікація й маркування сталей

Класифікація сталей

Сталі класифікуються за безліччю ознак.

1.  За хімічним станом сполуки: вуглецеві й леговані.

2.  За змістом вуглецю:

o  низьковуглецеві, зі змістом вуглецю до 0,25 %;

o  середньовуглецеві, зі змістом вуглецю 0,3...0,6%;

o  високовуглецеві, зі змістом вуглецю вище 0,7 %.

3.  За рівноважною структурою: доевтектоїдні, евтектоїдні, заевтектоїдні.

4.  За якістю. Кількісним показником якості є зміст шкідливих домішок: сірки й фосфору:

o  вуглецеві сталі звичайної якості:

o  якісні сталі;

o  високоякісні сталі.

5.  За способом виплавки:

o  у мартенівських печах;

o  у кисневих конверторах;

o  в електричних печах: електродугових, індукційних і ін.

6.  За призначенням:

o  конструкційні - застосовуються для виготовлення деталей машин і механізмів;

o  інструментальні - застосовуються для виготовлення різних інструментів;

o  спеціальні - сталі з особливими властивостями: електротехнічні, з особливими магнітними властивостями й ін.

Маркування сталей

Прийнято буквено-цифрове позначення сталей.

Вуглецеві сталі звичайної якості (ДЕРЖСТАНДАРТ 380).

Сталі містять підвищену кількість сірки й фосфору.

Маркуються Ст.2кп., Бст.3кп, Вст.3пс, Вст.4сп.

Ст – індекс даної групи сталі. Цифри від 0 до 6 - це умовний номер марки сталі. Зі збільшенням номера марки зростає міцність і знижується пластичність сталі. За гарантіями при поставці існує три групи сталей: А, Б і В. Для сталей групи А при поставці гарантуються механічні властивості, у позначенні індекс групи А не вказується. Для сталей групи Б гарантується хімічний склад. Для сталей групи В при поставці гарантуються й механічні властивості, і хімічний склад.

Індекси кп, пс, сп указують ступінь розкисленості сталі: кп - кипляча, пс - напівспокійна, сп - спокійна.

Якісні вуглецеві сталі

Якісні сталі поставляють із гарантованими механічними властивостями й хімічним складом (група В). Ступінь розкисленості, в основному, спокійна.

Конструкційні якісні вуглецеві сталі маркують двозначним числом, що вказує середній зміст вуглецю в сотих частках відсотка. Вказується ступінь розкисленості, якщо вона відрізняється від спокійної.

Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.

Зміст вуглецю, відповідно, 0,08 %, 0,10 %, 0,45 %.

Інструментальні якісні вуглецеві сталі маркуються буквою В (вуглецева інструментальна сталь) і числом, що вказує зміст вуглецю в десятих частках відсотка.

Сталь В8, сталь В13.

Зміст вуглецю, відповідно, 0,8 % і 1,3 %

Інструментальні високоякісні вуглецеві сталі. Маркуються аналогічно якісним інструментальним вуглецевим сталям, тільки наприкінці марки ставлять букву А, для позначення високої якості сталі.

Сталь В10А.

Якісні й високоякісні леговані сталі

Позначення цифрові-цифрову-цифрова-цифровий-буквено-цифрове. Легуючі елементи мають умовні позначки, позначаються буквами російського алфавіту.

Позначення легуючих елементів:

Х - хром, Н - нікель, М - молібден, В - вольфрам,

К - кобальт, Т - титан, А - азот ( вказується в середині марки),

Г - марганець, Д - мідь, Ф - ванадій, З - кремній,

П - фосфор, Р - бор, Б - ніобій, Ц - цирконій,

Ю – алюміній.

Леговані конструкційні сталі

Сталь 15Х25Н19ВР2.

На початку марки вказується двозначне число, що показує зміст вуглецю в сотих частках відсотка. Далі перераховуються легуючі елементи. Число, що випливає за умовну позначку елемента, показує його зміст у відсотках,

Якщо число не коштує, то зміст елемента не перевищує 1,5 %.

У зазначеній марці сталі втримується 0,15 % вуглецю, 35% хрому, 19 % нікелю, до 1,5% вольфраму, до 2 % кремнію.

Для позначення високоякісних легованих сталей наприкінці марки вказується символ А.

Леговані інструментальні сталі

Сталь 9ХС, сталь ХВГ.

На початку марки вказується однозначне число, що показує зміст вуглецю в десятих частках відсотка. При змісті вуглецю більше 1 %, число не вказується,

Далі перераховуються легуючі елементи, із вказівкою їхнього змісту.

Деякі сталі мають нестандартні позначення.

Швидкорізальні інструментальні сталі

Сталь Р18.

Р - індекс даної групи сталей (від rapid - швидкість). Зміст вуглецю більше 1%. Число показує зміст основного легуючого елемента - вольфраму.

У зазначеній сталі зміст вольфраму – 18 %.

Якщо сталі містять легуючий елемент, то їхній зміст вказується після позначення відповідного елемента.

Шарикопідшипникові сталі

Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС.

Ш – індекс даної групи сталей. Х – указує на наявність у сталі хрому. Наступне число показує зміст хрому в десятих частках відсотка, у зазначених сталях, відповідно, 0,6 % і 1,5 %. Також вказуються вхідні зі сполук сталі легуючі елементи. Зміст вуглецю більше 1 %.

Лекція.

 Чавуни. Діаграма стану залізо - графіт. Будова, властивості, класифікація й маркування сірих чавунів

Класифікація чавунів

Чавун відрізняється від сталі: по сполуці - більше високий зміст вуглецю й домішок; по технологічних властивостях - більше високі ливарні властивості, мала здатність до пластичної деформації, майже не використовується у зварених конструкціях.

Залежно від стану вуглецю в чавуні розрізняють:

·  білий чавун - вуглець у зв'язаному стані у вигляді цементиту, у зламі має білий колір і металевий блиск;

·  сірий чавун – весь вуглець або більша частина перебуває у вільному стані у вигляді графіту, а у зв'язаному стані перебуває не більше 0,8 % вуглецю. Через велику кількість графіту його злам має сірий колір;

·  половинчастий – частина вуглецю перебуває у вільному стані у формі графіту, але не менш 2 % вуглецю перебуває у формі цементиту. Мало використовується в техніку.

Діаграма стану залізо - графіт.

У результаті перетворення вуглець може не тільки хімічно взаємодіяти із залізом, але й виділятися в елементарному стані у формі графіту. Рідка фаза, аустеніт і ферит можуть перебувати в рівновазі й із графітом.

Діаграма стану залізо – графить показана штриховими лініями на мал. Лінії діаграми перебувають вище ліній діаграми залізо – цементит.

Діаграма стану залізо - вуглець: суцільні лінії - цементитна система; пунктирні - графітна

Температури евтектичного й евтектоїдного перетворення, відповідно,

1153oС і 738oС. Крапки C, E, S – зрушені вліво, і перебувають при концентрації вуглецю 4,24, 2,11 і 0,7 %, відповідно.

При високих температурах цементит розкладається з виділенням графіту, тому діаграма стану залізо – цементит є метастабільної, а діаграма залізо – графить – стабільної. Процес утворення графіту в сплавах заліза з вуглецем називається графітизацією.

Процес графітизації.

Графить – це поліморфна модифікація вуглецю. Тому що графить містить 100% вуглецю, а цементит – 6,67 %, те рідка фаза й аустеніт по сполуці більше близькі до цементиту, чим до графіту. Отже, утворення цементиту з рідкої фази й аустеніту повинне протікати легше, ніж графіту.

З іншого боку, при нагріванні цементит розкладається на залізо й вуглець. Отже, графить є більше стабільною фазою, чим цементит.

Можливі два шляхи утворення графіту в чавуні.

1.  При сприятливих умовах (наявність у рідкій фазі готових центрів кристалізації графіту й дуже повільне охолодження) відбувається безпосереднє утворення графіту з рідкої фази.

2.  При розкладанні раніше, що утворився цементиту. При температурах вище 738oС цементит розкладається на суміш аустеніту й графіту за схемою.

При температурах нижче 738oС розкладання цементиту здійснюється за схемою.

При малих швидкостях охолодження ступінь розкладання цементиту більше.

Графітизацію з рідкої фази, а також від розпаду цементиту первинного й цементиту, що входить до складу евтектики, називають первинною стадією графітизації.

Виділення вторинного графіту з аустеніту називають проміжною стадією графітизації.

Утворення евтектоїдного графіту, а також графіту, що утворився в результаті цементиту, що входить до складу перліту, називають вторинною стадією графітизації.

Структура чавунів залежить від ступеня графітизації, тобто від того, скільки вуглецю перебуває у зв'язаному стані.

Витримка при температурі більше 738oС приводить до графітизації надлишкового цементиту, що не розчинився. Якщо процес завершити повністю, то при високій температурі структура буде складатися з аустеніту й графіту, а після охолодження - з перліту й графіту.

При незавершеності процесу первинної графітизації, вище температури 738oС структура складається з аустеніту, графіту й цементиту, а нижче цієї температури – з перліту, графіту й цементиту.

При переході через критичну крапку перетворення аустеніту в перліт, і витримці при температурі нижче критичної приведе до розпаду цементиту, що входить до складу перліту (вторинна графітизація). Якщо процес завершений повністю то структура складається з фериту й графіту, при незавершеності процесу - з перліту, фериту й графіту.

Будова, властивості, класифікація й маркування сірих чавунів

З розгляду структур чавунів можна укласти, що їхня металева основа схожа на структуру евтектоїдної або доевтектоїдної сталі або технічного заліза. Відрізняються від сталі тільки наявністю графітових включень, що визначають спеціальні властивості чавунів.