ГлавнаяРазноеПри увеличении содержания углерода в стали

38. Влияние углерода на свойства углеродистых сталей. При увеличении содержания углерода в стали


Увеличение - содержание - углерод

Увеличение - содержание - углерод

Cтраница 3

Увеличение содержания углерода в хромоникелевой аустенит-ной стали, хотя и повышает пределы текучести и прочности, но оказывает отрицательное влияние на коррозионную стойкость, пластичность и ударную вязкость после отпуска при 600 - 800 С. Только при содержании углерода - 0 02 % закаленная сталь после отпуска при 500 - 800 С практически не изменяет указанных свойств.  [31]

Увеличение содержания углерода ( количества перлита) приводит к повышению твердости и прочности стали [328-330] в исходном недерформированном состоянии. Прямое наблюдение под световым микроскопом процесса деформации растяжением углеродистой стали с 0 16 % С позволило автору работы [331] сделать заключение, что до максимальной нагрузки участие перлита в процессе деформации не обнаруживается, а отдельные перлитные области ведут себя как единая фаза или как грубые включения и могут выполнять роль препятствия для перемещения дислокаций.  [32]

Увеличение содержания углерода в стали от 0 1 до 0 8 % не оказывает качественного влияния на зависимость механических свойств от температуры деформации и температурную зависимость механических свойств, но оказывает некоторое количественное влияние, выражающееся в повышении температуры максимального развития динамического деформационного старения и снижении абсолютной величины эффекта динамического деформационного старения. Это можно объяснить тем, что в силу кратковременности процесса взаимодействия между дислокациями и примесными атомами основным поставщиком примесных атомов для блокировки дислокаций является твердый раствор, цементит не успевает включиться в реакцию в качестве поставщика атомов углерода. Поскольку при степенях деформации до 25 - 30 % пластическая деформация развивается преимущественно за счет деформации феррита, плотность дислокаций в феррите среднеугле-родистых сталей оказывается, по-видимому, выше, чем в феррите низкоуглеродистой стали. Поэтому концентрация точек закрепления дислокационных линий, а значит, и эффект динамического деформационного старения в среднеуглеродистых сталях оказываются ниже, чем в низкоуглеродистой стали.  [33]

Увеличение содержания углерода в стали приводит к увеличению в ее структуре количества цементита и уменьшению количества феррита.  [34]

Увеличение содержания углерода сверх 0 025 % вызывает образование перлита. Количество перлита возрастает пропорционально увеличению содержания углерода ( рис. 187, в и г) и соответственно уменьшается количество избыточного феррита.  [36]

Увеличение содержания углерода в сплавах резко снижает ударную вязкость, особенно в литом состоянии, причем повышение содержания углерода приводит к смещению максимальной пластичности в сторону более высоких температур ( фиг.  [37]

Увеличение содержания углерода в алитируемой стали снижает глубину диффузионного слоя и повышает в нем концентрацию алюминия. Еще медленнее диффундирует алюминий в чугун; легирующие элементы Ni, Co, Мп дополнительно снижают глубину диффузионного слоя.  [38]

Увеличение содержания углерода в низкоотпущенных сталях приводит к прямому повышению уровня прочности; при этом ухудшаются все характеристик стали, которыми можно оценить ее сопротивление хрупко разрушению на воздухе и в различных средах. Этот уровень прочности, по-видимому, является пока предельным для конструкционных среднелегированных сталей, не подвергаемых дополнительному упрочнению путем пластической деформации.  [39]

Увеличение содержания углерода приводит к понижению прочности высокоуглероди-стых сталей.  [40]

Увеличение содержания углерода, повышение температуры закалки и рост скорости охлаждения при закалке увеличивают склонность к замедленному разрушению сталей с мартенситной структурой. Отпуск закаленной стали резко уменьшает склонность к замедленному разрушению.  [41]

Увеличение содержания углерода в этой стали действует аналогично никелю, способствуя увеличению устойчивости аустенитной фазы, но в то же время способствует увеличению склонности стали к - межкристаллитной коррозии.  [42]

Увеличение содержания углерода приводит к повышению прочности и твердости стали, но уменьшает ее вязкость и пластичность. Свариваемость сталей этого типа также зависит от содержания углерода, с повышением содержания которого свариваемость сталей ухудшается.  [43]

Увеличение содержания углерода при одновременном снижении количества кремния несколько повышает прочностные свойства высококремнистых сплавов, но одновременно вызывает уменьшение химической стойкости сплава. Для некоторых агрессивных сред ( например, серная кислота повышенной концентрации) рекомендуются сплавы с содержанием кремния 13 5 - 14 5 % и углерода до 1 1 % как обладающие лучшими механическими свойствами.  [44]

Увеличение содержания углерода в стали повышает ее прочность, но снижает пластичность и ухудшает свариваемость.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Влияние углерода на структуру и свойства сталей

Механические свойства углеродистой стали зависят главным образом от содержания углерода. С ростом содержания углерода в стали увеличивается количество цементита и соответственно уменьшается количество феррита, т.е. повышаются прочность и твердость и уменьшается пластичность. Как видно из графика, приведенного на рис. 150, прочность повышается только до 1% С, а при более высоком содержании углерода она начинает уменьшаться. Происходит это потому, что образующаяся по границам зерен в заэвтектоидных сталях сетка вторичного цементита снижает прочность стали.

Кроме углерода, в стали есть еще другие элементы - примеси, присутствие которых обусловлено разными причинами.

 

4.5. Влияние примесей на свойства железоуглеродистых сплавов

На свойства железоуглеродистых сплавов влияет наличие в них постоянных примесей (вредных - серы, фосфора, кислорода, азота, водорода; полезных - кремния, марганца и др.). Эти примеси могут попадать в сплав из природных соединений (руд), например, сера и фосфор; из металлического лома — хром, никель и др.; в процессе раскисления - кремний и марганец.

Влияние углерода. Углерод в железоуглеродистом сплаве находится главным образом в связанном состоянии в виде цементита. В свободном состоянии в виде графита он содержится в чугунах. С увеличением содержания углерода возрастает твердость, прочность и уменьшается пластичность.

Влияние серы. Сера является вредной примесью. Она образует легкоплавкую эвтектику FeS + Fе. При кристаллизации сплава легкоплавкая эвтектика располагается по границам зерен и при повторном нагреве расплавляется, в результате чего нарушается связь между зернами, что приводит к образованию трещин и надрывов. Это явление носит название красноломкости. Допускается содержание серы до 0,06%.

Влияние фосфора. Фосфор — вредная примесь, растворяясь в γ- и α- железе, искажает кристаллическую решетку и ухудшает пластические свойства сплава. Фосфор вызывает явление хладноломкости, и его содержание в сталях не должно превышать 0,08%. В чугуне допускается до 0,3% Р.

Влияние азота, кислорода и водорода. Эти элементы присутствуют в сплавах или в составе хрупких неметаллических включений или в свободном состоянии, при этом они располагаются в дефектных местах в виде молекулярного и атомарного газов. Неметаллические включения служат концентраторами напряжений и могут понизить механические свойства (прочность, пластичность).

Влияние кремния и марганца. Кремний, растворяясь в феррите, повышает предел текучести и уменьшает склонность к хладноломкости. Кремний способствует графитизации чугуна.

Марганец образует твердый раствор с железом и немного повышает твердость и прочность феррита. В присутствии серы он частично связывается с серой в сернистый марганец и переходит в шлак. При содержании марганца более 1,5 % снижаются пластические свойства стали. В сталях содержится обычно не более 0,4 % Si и 0,8 % Мn.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Влияние углерода на структуру сталей

Максимальная растворимость углерода в альфа-железе наблюдается при температуре 721 С и составляет 0,018 %. В случае закалки углерод может оставаться какое-то время в альфа-растворе, но очень скоро начинается выделение фаз по механизму старения. В твердом альфа-растворе углерод может образовывать или гомогенный раствор, что случается очень редко, или, скорее всего, негомогенный раствор с образованием кластеров в местах искажений атомной решетки (границы зерен, дислокации). Последний вариант является наиболее возможным состоянием твердого альфа-раствора.

Компоненты структуры сплавов железо-углерод

Для анализа влияние содержания углерода на железоуглеродистые сплавы, нужно характеризовать каждый их структурный элемент. После медленного охлаждения стали состоят из феррита и цементита или из феррита и графита.

 Феррит

Феррит является пластичным. В отожженном состоянии феррит имеет большое удлинение (около 40 %). Его твердость составляет по Бринеллю составляет от 65 до 130 С в зависимости от размеров зерна и он является сильно магнитным до температуры 770 ˚С. При температуре 723 ˚С феррит растворяет 0, 02 % углерода, а при комнатной температуре – только тысячные доли процента углерода остается в растворе.

 Цементит

Цементит является хрупким и очень твердым. Его твердость по Бринеллю составляет около 800. Цементит является слабым проводником электрического тока и тепла. Имеет сложную ромбическую атомную решетку. Обычно разделяют:

  • первичный цементит, который кристаллизуется из жидкой фазы по линии CD;
  • вторичный цементит, который выделяется из твердого гамма-раствора по линии ES;
  • третичный цементит, который выделяется из твердого альфа-раствора по линии PQ.

Графит

Графит является мягким. Он плохой проводник электрического тока, но хорошо проводит тепло. Графит не плавится даже при температуре 3000-3500 ˚С. Имеет гексагональную атомную решетку в отношением осей больше 2.

Аустенит

Аустенит является мягким (но более твердым, чем феррит) и пластичным. Удлинение аустенита составляет 40-50 %. Он имеет более низкую проводимость тепла и электричества, чем феррит. Аустенит является парамагнитным. Обладает гранецентрической кубической решеткой.

Изменение структуры стали с увеличением содержания углерода

«Пройдемся» вдоль оси содержания углерода на участке диаграммы состояния системы железо-углерод, которая соответствует сталям (рисунок 1): от 0 до 2 % углерода.

Рисунок 1 — Двойная диаграмма состояния железо-углерод

 Феррит

Структура стали, содержащей от 0 до 0,02 % углерода, включает феррит и третичный цементит (рисунок 2).

Рисунок 2 — Микроструктура стали: феррит с третичным цементитом по граница зерен

Феррит и перлит

Дальнейшее увеличение содержания углерода приводит к появлению нового структурного компонента – эвтектоидного феррита и цементита (перлита). Сначала перлит появляется как отдельный включения между ферритными зернами, а затем, при содержании углерода 0,8 %, занимает весь объем. Перлит представляет собой двухфазную смесь, которая обычно имеет пластинчатую структуру (рисунок 3).

Рисунок 3 — Микроструктура перлита в стали

Перлит и цементит

Когда содержание углерода поднимается выше 0,8 %, наряду с перлитом образуется вторичный цементит. Вторичный цементит выделяется в форме игл (рисунок 4).

Рисунок 4 — Микроструктура стали: вторичный цементит (иглы) и перлит

Количество цементита возрастает с увеличением содержания углерода. При содержании углерода 2 % цементит занимает 18 % поля зрения микроскопа. При содержании углерода более 2 % формируется эвтектическая смесь.

Ледебурит

Сплавы с содержанием углерода 3,6 % содержат ледебурит. Ледебурит – эвтектическая смесь аустенита с растворенным углеродом и цементитом. Эти высокоуглеродистые сплавы считаются уже не сталями, а доэвтектическими белыми чугунами.

steel-guide.ru

38. Влияние углерода на свойства углеродистых сталей.

 С ростом содержания углерода в структуре стали увелич. кол-во цементита, при одноврем. сниж. доли феррита. Измен. соотнош. между составляющими привод. к уменьш. пластичности, а также к повыш. прочн. и твердости. Прочность повыш. до содержания углерода около 1%, а затем она уменьш., т.к. образ. грубая сетка цементита вторичного. Углерод влияет на вязкие свойства. Увелич. содержания углерода повыш. порог хладоломкости и сниж. уд. вязкость. Повыш. электросопротивл. и коэрцитивная сила, сниж. магнитн. проницаемость и плотн. магнитн. индукции.

Углерод оказ. влиян. и на технологич. св-ва. Повыш. содержания углерода ухудшает литейн. св-ва стали (использ. стали с содерж. углерода до 0,4 %), обрабатываем. давлением и резанием, свариваемость.

39. Влияние постоянных примесей на свойства углеродистых сталей.

В сталях всегда присутств. примеси, кот. дел.на группы.

1. Постоян. примеси: кремний, марганец, сера, фосфор. Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они явл. технологич. примесями. Содерж. марганца не превыш. 0,5…0,8 %. Повыш. прочность, не снижая пластичности, и резко сниж. красноломкость стали, вызван. влиянием серы. Содержание кремния не превыш. 0,35…0,4 %. Дегазируя металл, повышает плотн. слитка. Кремний раствор. в феррите и повыш. прочность стали, особенно повыш. предел текучести, . Но наблюдается некот. сниж. пластичности, что сниж. способн. стали к вытяжке. Содерж. фосфора в стали 0,025…0,045 %. Растворяясь в феррите, искажает кристаллич. реш. и увелич. предел прочности и предел текучести , но сниж. пластичн. и вязкость. Располагаясь вблизи зерен, увелич. темпер. перехода в хрупкое состояние, вызыв. хладоломкость, уменьш. работу распространения трещин, резанием.

Сера S – уменьш. пластичность, свариваемость и коррозионная стойкость. Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Снижает механич. свойства, особенно уд. вязкость аи пластичность (и ), а так же предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость. 2. . Скрытые примеси - газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.

3.  Спец. примеси – специально вводятся в сталь для получ. заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали - легированные сталями.

40. Углеродист. И легиров. Стали: стали углеродистые обыкнов. Качества, качеств. Углеродистые стали, углеродист. Стали спец.Назнач.

Углеродист. стали подраздел. на три осн. гр.: стали угле­родист. обыкновен. кач-ва, качеств. углеродист. стали и уг­леродист. стали спец. назнач. (автоматную, котельную и др.).

Стали углеродист. обыкновен. качества. Эти наиболее шир. распростр. стали поставляют в виде проката в нормализован. состоянии и примен. в машиностроении, строи-ве и в др. отраслях.

Углеродист.стали обыкновен. качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры—это усл. номер марки. Чем больше число, тем больше содерж. углерода, выше прочн. и ниже пластичн.

В зав. от назнач. и гарантируемых св-в углеродистые стали обыкновен. качества поставляют трех групп: А, Б, В. Индексы, стоящие справа от номера марки, означают: кп—кипящая, пс— полуспокойная, сп — спокойная сталь. Между индексом и номером марки может стоять буква Г, что означ. повышен. содерж. марганца. В обозначениях марок слева от букв Ст указаны группы (Б и В) стали.

Стали углеродист. качествен. конструкционные. От сталей обык­новен. качества они отлич. меньшим содерж. серы, фос­фора и др. вредных примесей, более узкими пределами содерж. углерода в кажд. марке и больш-ве случаев более высоким содер­ж. кремния (Si) и марганца (Мn ).

Сталь маркируют двузначн. числами, кот. обознач. содер­ж. углерода в сотых долях процента, и поставл. с гарантирован. показателями химич. состава и механич. свойств.

Стали углеродист. спец. назначения. Сста­ли с хорошей и повышен. обрабатываемостью резанием (автоматные стали). Они предназнач. в осн. для изготовл. деталей массо­в. прои-ва. При обработке таких сталей на станках-автоматах об­раз. короткая и мелкая стружка, сниж. расход режущего инст­румента и уменьш. шероховатость обработан. поверхностей.

studfiles.net

Повышение - содержание - углерод

Повышение - содержание - углерод

Cтраница 1

Повышение содержания углерода, а также степени легирования стали увеличивает склонность стали к резкой закалке, в связи с чем такие стали обладают высокой чувствительностью к термическому циклу сварки и околошовная зона оказывается резко закаленной, а следовательно, непластичной при всех режимах сварки, обеспечивающих удовлетворительное формирование шва.  [1]

Повышение содержания углерода в стали ухудшает свариваемость, поэтому при создании строительных конструкций из сталей Ст5 и Стб сварку не применяют.  [3]

Повышение содержания углерода влияет также и на технологические свойства стали. Ковкость, свариваемость и обрабатываемость резанием ухудшаются, но литейные свойства улучшаются.  [4]

Повышение содержания углерода и легирующих элементов увеличивает опасность появления в околошовной зоне закалочных микроструктур, хрупких холодных трещин и трещин задержанного хрупкого разрушения. Особенно этому способствует повышенное содержание углерода. Влияние содержания углерода, легирующих элементов и примесей характеризуется углеродным эквивалентом СЕ. Существует много формул для определения СЕ.  [5]

Повышение содержания углерода увеличивает склонность сталей к закалке.  [7]

Повышение содержания углерода в сталях типа 25 - 20 увеличивает их склонность к дисперсионному твердению после закалки с высоких температур и последующего старения при умеренных температурах. Это изменение свойств происходит в аустенитных сталях в результате образования карбидных фаз м cr - фазы в сталях с аустенито-ферритной структурой за счет распада аустенита или феррита и выделения а-фазы в б-фазе.  [9]

Повышение содержания углерода до 0 30 % в литой стали типа 25 - 20 сообщает ей ( аустениту) большую устойчивость в отношении появления в ней двухфазности ( Y а) и а-фазы.  [11]

Повышение содержания углерода приводит к увеличению ширины интервала колебаний прокаливаемости легированных сталей.  [12]

Повышение содержания углерода облегчает переход стали в хладноломкое состояние. Предполагается, что каждая 0 1 % С повышает температуру порога хладноломкости примерно на 20 С и расширяет переходный интервал от вязкого к хрупкому состоянию.  [14]

Повышение содержания углерода в стали снижает скорость ее окисления вследствие более интенсивного образования оксида углерода, что приводит к торможению окисления железа.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

Стали: влияние углерода и примесей на свойства сталей. Классификация и маркировка сталей

Стали являются наиболее распространёнными материалами. Обладают хорошими технологическими свойствами. Изделия получают в результате обработки давлением и резанием.

Достоинством является возможность получать нужный комплекс свойств, изменяя состав и вид обработки. Стали, подразделяют на углеродистые и легированные.

Влияние углерода и примесей на свойства сталей

Углеродистые стали являются основными. Их свойства определяются количеством углерода и содержанием примесей, которые взаимодействуют с железом и углеродом.

Влияние углерода.

Влияние углерода на свойства сталей показано на рис. 10.1

Рис.10.1. Влияние углерода на свойства сталей

С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита,  при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к  уменьшению пластичности , а также к повышению  прочности и твердости. Прочность повышается до содержания углерода около 1%, а затем она уменьшается,  так как  образуется грубая сетка цементита вторичного.

Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости и снижает ударную вязкость.

Повышаются электросопротивление и  коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.

Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.

Влияние примесей.

В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы.                                      1.Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор.

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.

Содержание марганца не превышает 0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы.  Он способствует уменьшению содержания сульфида  железа FeS, так как образует с серой соединение  сульфид марганца MnS . Частицы сульфида марганца располагаются в виде отдельных включений, которые деформируются и оказываются вытянутыми вдоль направления прокатки.

Содержание кремния не превышает 0,35…0,4 %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний растворяется в феррите и повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести, . Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность  стали к вытяжке

Содержание фосфора в стали 0,025…0,045 %. Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности  и предел текучести , но снижает пластичность и вязкость.

Располагаясь вблизи зёрен, увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладоломкость, уменьшает работу распространения трещин,  Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20…25ºС.

Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участки имеют резко пониженную вязкость.

Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,10…0,15 %, для улучшения обрабатываемости резанием.

Сера уменьшает пластичность, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.

Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы  FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988ºС. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зёрнами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается – явление красноломкости.

Красноломкость – повышение хрупкости при высоких температурах

Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость аи пластичность (и ), а также предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.

2. Скрытые примеси — газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.

Азот и кислород находятся в стали в виде хрупких неметаллических включений: окислов (FeO, SiO2 , Al2O3)нитридов (Fe 2N), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах).

Примеси внедрения (азот N, кислород О) повышают порог хладоломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (окислы, нитриды), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить предел выносливости и вязкость.

Очень вредным является растворенный в стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов.

Флокены – тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев  серебристого цвета.

Металл с флокенами  нельзя использовать в промышленности, при сварке образуются холодные трещины в наплавленном и основном металле.

Если водород находится в поверхностном слое, то он удаляется в результате нагрева при 150…180, лучше в вакууме   мм рт. ст.

Для удаления скрытых примесей используют вакуумирование.

3. Специальные примеси, которые специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали — легированные сталями.

Назначение  легирующих элементов.

Основным легирующим элементом является хром (0,8…1,2)%. Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей  -  (0…-100) ºС.

Дополнительные легирующие элементы.

Бор -  0.003%. Увеличивает прокаливаемость, а также повышает порог хладоломкости (+20…-60) ºС.

Марганец – увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна и повышает порог хладоломкости до (+40…-60) ºС.

Титан (~0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.

Введение молибдена (0,15…0,46%) в хромистые стали увеличивает прокаливаемость, снихает порог хладоломкости до –20…-120 ºС. Молибден  увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.

Ванадий в количестве (0.1…0.3) % в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.

Введение в хромистые  стали никеля, значительно повышает прочность и  прокаливаемость, понижает порог хладоломкости, но при этом повышает склонность к отпускной хрупкости (этот недостаток компенсируется введением в сталь молибдена). Хромоникелевые стали, обладают наилучшим комплексом свойств. Однако никель является дефицитным, и применение таких сталей ограничено.

Значительное количество никеля можно заменить медью, это не приводит к снижению вязкости.

При легировании хромомарганцевых сталей кремнием получают, стали – хромансиль (20ХГС, 30ХГСА).  Стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости, хорошо свариваются,  штампуются и обрабатываются резанием.Кремний повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.

Добавка свинца, кальция способствует улучшению обрабатываемость резанием. Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.

Распределение легирующих элементов в стали.

Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов ( феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.

Растворение легирующих элементов происходит в результате  замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти атомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.

Изменение размеров решётки вызывает изменение свойств феррита – прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам  упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а твкже кремний и марганец в определенных количествах,  снижают вязкость.

В сталях карбиды образуются металлами, расположенными в таблице Менделеева левее железа (хром, ванадий, титан), которые имеют менее достроенную d–электронную полосу.

В процессе карбидообразования углерод отдаёт свои валентные электроны на заполнение d электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обусловливающую металлические свойства карбидов.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe3C, Mn3C, Cr23C6, Cr7C3, Fe3W3C – которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 образуются фазы внедрения: Mo2C, WC, VC, TiC, TaC, W2C – которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.

Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.

4. Случайные примеси.

Классификация и маркировка сталей

Классификация сталей

Стали классифицируются по множеству признаков.

  1. По химическому: составу: углеродистые и легированные.
  2. По содержанию углерода:

а) низкоуглеродистые, с содержанием углерода до 0,25 %;б) среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0,3…0,6 %;в) высокоуглеродистые, с содержанием углерода выше 0,7 %

  1. По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.
  1. По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора:

а)    углеродистые стали обыкновенного качества:б)    качественные стали;в)    высококачественные стали.

  1. По способу выплавки:

а)  в мартеновских печах;б)  в кислородных конверторах;в)  в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.

  1. По назначению:

а)  конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;б)  инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;в)  специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными  свойствами и др.

Маркировка сталей

Принято буквенно-цифровое обозначение сталей

Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380).

Стали содержат повышенное количество серы и фосфора

Маркируются:  Ст.2кп.,  БСт.3кп,  ВСт.3пс, ВСт.4сп.

Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 — это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существуют три группы сталей: А, Б и В. Для сталей  группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы  В при поставке  гарантируются и механические свойства, и химический состав.

Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная.

Качественные  углеродистые стали

Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и   химическим составом (группа В). Степень раскисленности в основном спокойная.

Конструкционные качественные углеродистые стали. Маркируются двухзначным числом, указывающим  среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной.

Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.

Содержание углерода, соответственно,  0,08 %, 0,10 %,  0.45 %.

Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом , указывающим содержание углерода в десятых долях процента.

Сталь У8, сталь У13.

Содержание углерода соответственно 0,8 % и 1,3 %

Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А  для обозначения высокого качества стали.

Сталь У10А.

Качественные и высококачественные легированные стали

Обозначение буквенно-цифровое. Легирующие элементы имеют условные обозначения, Обозначаются буквами русского алфавита.

Обозначения легирующих элементов:

Х – хром,  Н – никель,   М – молибден,    В – вольфрам, К – кобальт, Т – титан,                 А – азот ( указывается в середине марки), Г – марганец,   Д – медь,  Ф – ванадий,                      С – кремний,  П – фосфор,   Р – бор,   Б – ниобий,    Ц – цирконий, Ю – алюминий.

Легированные конструкционные стали

Сталь 15Х25Н19ВС2

В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначением элемента, показывает его содержание в процентах,

Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %.

В указанной марке стали содержится 0,15 % углерода, 35% хрома, 19 % никеля, до 1,5% вольфрама, до 2 % кремния.

Для обозначения высококачественных легированных сталей в конце марки указывается символ А.

Легированные инструментальные стали

Сталь 9ХС,   сталь ХВГ.

В начале марки указывается однозначное число, показывающее содержание углерода в десятых долях процента. При содержании углерода более 1 %, число не указывается,

Далее перечисляются легирующие элементы с указанием их содержания.

Все легированные инструментальные стали – высококачественные.

Некоторые стали имеют нестандартные обозначения.

Быстрорежущие инструментальные стали

Сталь Р18

Р – индекс данной группы сталей (от  rapid – скорость). Содержание углерода более 1%. Число показывает содержание основного легирующего элемента – вольфрама .

В указанной стали содержание вольфрама – 18 %.

Если стали содержат легирующие элемент, то их содержание указывается после обозначения соответствующего элемента.

Шарикоподшипниковые стали

Сталь ШХ6,  сталь ШХ15ГС

Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента, в указанных сталях, соответственно, 0,6 % и 1,5 %. Также указываются входящие с состав стали легирующие элементы. Содержание углерода более 1 %.

xn--80aagiccszezsw.xn--p1ai

Влияние углерода на свойства стали

Углеродистые стали

Примерно 80 % от всего объема выплавляемой стали составляют углеродистые стали. Оставшиеся 20 % – это стали легированные, в которые специально добавлены различные компоненты для повышения каких-либо эксплуатационных характеристик. Углеродистые стали содержат только железо, углерод и небольшую долю компонентов, неизбежно попадающих в сталь при выплавке: кремний, марганец, серу и фосфор.

Итак, углеродистые стали – это сплавы на основе железа, содержащие до 2 % углерода, а также марганец, кремний, серу и фосфор в количествах, зависящих от способа выплавки.

Влияние углерода на свойства стали

Углерод – не случайная примесь, а важнейший компонент углеродистой стали, создающий ее свойства.

Машиностроительные заводы получают сталь с металлургических предприятий в отожженном или горячекатаном состоянии. Структура конструкционных сталей (доэвтектоидных) состоит из феррита и перлита, инструментальных – из перлита и цементита.

С увеличением содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита – очень твердой и хрупкой фазы. Твердость цементита превышает твердость феррита примерно в 10 раз (800HB и 80HB соответственно). Поэтому прочность и твердость стали растут с повышением содержания углерода, а пластичность и вязкость, наоборот, снижаются (рис. 67).

При повышении содержания углерода до 0,8 % увеличивается доля перлита в структуре (от 0 до 100 %), поэтому растут и твердость, и прочность. Но при дальнейшем росте содержания углерода появляется вторичный цементит по границам перлитных зерен. Твердость при этом почти не увеличивается, а прочность снижается из-за повышенной хрупкости цементитной сетки.

Кроме того, увеличение содержания углерода приводит к повышению порога хладноломкости: каждая десятая доля процента повышает t50 примерно на 20º. Это значит, что уже сталь с 0,4 % С переходит в хрупкое состояние примерно при 0 ºС, т. е. менее надежна в эксплуатации.

Влияет содержание углерода и на все технологические свойства стали: чем больше в стали углерода, тем она труднее обрабатывается резанием, хуже деформируется (особенно в холодном состоянии) и хуже сваривается.

Влияние постоянных примесей на свойства стали

Полезные примеси, марганец и кремний, попадают в сталь из исходного материала – чугуна, а также при раскислении.

Марганец, содержащийся в углеродистой стали в количестве 0,3-0,8 %, повышает предел прочности, немного снижает вязкость. Он связывает серу в сульфид MnS, в этом его главная польза.

Содержание кремния в углеродистой стали не должно превышать 0,4 %. Он растворяется в феррите по типу внедрения, поэтому значительно повышает предел текучести. При этом ухудшается штампуемость стали: листовая сталь может давать надрывы при глубокой вытяжке. Сталь, предназначенную для получения деталей холодной листовой штамповкой, кремнием (ферросилицием) не раскисляют.

Сера – вредная примесь. Она вызывает красноломкость стали: хрупкость при горячей обработке давлением. В сталь попадает, в основном, из доменного топлива – кокса. Сера с железом образует сульфид FeS, а FeS с железом образует легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988 ºС. Под ковку и прокатку стальные слитки нагревают до 1200 ºС. Поэтому границы зерен могут оплавиться, и металл разрушится.

Марганец активнее железа взаимодействует с серой и связывает ее в сульфид MnS, который эвтектики не образует. Но сульфиды, как любые неметаллические включения, являются концентраторами напряжений, снижают пластичность и вязкость. Поэтому содержание серы в стали должно быть ограничено.

Фосфор, напротив, вызывает хладноломкость стали, сдвигая порог хладноломкости в область более высоких температур. Каждая сотая доля процента фосфора повышает t50 примерно на 25º! Это значит, что фосфор еще опаснее, чем сера. Его содержание еще более ограничено. Для снижения содержания фосфора в стали нужно повышать качество шихты, применять флюсы, удаляющие фосфор.

При выплавке в сталь попадают газы (азот, кислород, водород). Это тоже вредные примеси. Они снижают пластичность, увеличивают склонность к хрупкому разрушению. Оксиды являются местами зарождения трещин. Азот делает сталь непригодной для холодной штамповки. Водород вызывает охрупчивание закаленной стали. Он восстанавливает металлы из оксидов с образованием воды, а вода испаряется при нагреве и вызывает внутренние надрывы в металле – флокены. Содержание газов в стали ограничивается тысячными долями процента.

Классификация углеродистых сталей

Стали можно подразделять на группы по различным классификационным признакам.

  1. По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. В свою очередь, углеродистые стали можно подразделить на низкоуглеродистые (до 0,3 % С), среднеуглеродистые (от 0,3 до 0,6 % С) и высокоуглеродистые (свыше 0,6 % С).

  2. По структуре стали классифицируют на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные, о чем уже говорилось при рассмотрении диаграммы железо – углерод.

  3. По назначению можно выделить много различных групп. Основные группы – это строительные стали, конструкционные стали, инструментальные стали. В свою очередь, конструкционные стали делятся на цементуемые стали, улучшаемые стали, рессорно-пружинные стали и т. д.

  4. По степени раскисления стали подразделяются на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Раскислением называют последний этап выплавки стали, когда в расплав добавляют более активные, чем железо, металлы с целью отнять у железа кислород, восстановить его из оксида FeO. Марганец и кремний вводятся в жидкую сталь в виде ферросплавов – ферромарганца и ферросилиция, алюминий – в виде металла технической чистоты. Недостаточно раскисленная сталь в изложнице «кипит»: из нее выделяются пузырьки CO, так как идет процесс восстановления железа углеродом, поэтому ее называют кипящей.

Спокойная сталь – это хорошо раскисленная сталь. При выплавке в конце процесса осуществляется последовательно раскисление ее марганцем, кремнием и алюминием.

Полуспокойная сталь раскисляется только марганцем и алюминием. Поэтому из нее в меньшей степени удален кислород.

Кипящая сталь – это плохо раскисленная сталь. Раскисление в этом случае осуществляется только марганцем. В стали к моменту разливки остается кислород, образующий с углеродом газообразный оксид CO. Пузырьки CO поднимаются в жидкой стали к поверхности, создавая видимость «кипения» расплава в изложнице. Они сохраняются в слитке стали при кристаллизации, ухудшая механические свойства.

  1. Классификация сталей по качеству лежит в основе маркировки углеродистых сталей. Качество стали – это металлургическое понятие. Оно определяется содержанием вредных примесей: серы, фосфора и газов. Чем этих примесей меньше, тем качество стали выше. Дальнейшая обработка, механическая или термическая, не способна изменить качество стали, сложившееся в процессе выплавки. Выделяют четыре группы сталей:

Стали обыкновен - Качественные Высококачест- Особо высокока-

ного качества стали венные стали чественные стали

ГОСТ 380-94 ГОСТ 1050-88

≤ 0,05 % S ≤ 0,04 % S ≤ 0,025 % S и P ≤ 0,015 % S и P

≤ 0,04 % P ≤ 0,035 % P

Маркировка углеродистых сталей

Стали обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6 и Ст3Г, Ст5Г с повышенным содержанием марганца. Буквы Ст обозначают «сталь», цифры – условный номер марки в зависимости от химического состава. С увеличением номера марки увеличивается содержание углерода и марганца в стали. Например, в стали марки Ст1 содержится 0,06-0,12 % С и 0,25-0,5 % Mn; в стали марки Ст6 – 0,38-0,49 % С и 0,5-0,8 % Mn. Стали Ст3Г и Ст5Г содержат около 1 % Mn. Чем больше номер марки, тем выше прочностные свойства и ниже пластичность стали. Например, сталь марки Ст1 имеет sв = 320-400 МПа и d > 33 %, а сталь марки Cт6 – sв = 600-720 МПа и d = 11–16 %.

В конце марки ставятся буквы «кп», «пс» или «сп», показывающие степень раскисления стали при выплавке. Они означают соответственно «кипящая», «полуспокойная» и «спокойная». Например, Ст3кп, Ст4пс, Ст5Гсп.

Содержание кремния в стали определяется степенью раскисления. Кипящая сталь почти не содержит кремния (не более 0,05 %). В полуспокойной стали доля кремния составляет 0,05-0,15 %, в спокойной – 0,15-0,3 %.

Степень раскисления сказывается на свойствах стали и ее стоимости. Кипящие стали самые дешевые, но у спокойных более высокие механические свойства, меньшая склонность к хладноломкости. Зато кипящие стали можно использовать для получения деталей листовой штамповкой с глубокой вытяжкой. У спокойных сталей с повышенным содержанием кремния сопротивление деформированию возрастает, сталь сильно упрочняется, и возможно появление надрывов при штамповке.

Стали обыкновенного качества поставляются в горячекатаном состоянии. Их структура и свойства заданы при получении изделий на металлургическом заводе. Поэтому при изготовлении деталей на предприятиях-потребителях металла без применения горячей обработки механические свойства стали будут соответствовать гарантированному ГОСТом для данной марки уровню.

Если из этих сталей получают изделия с применением горячей обработки (ковки, штамповки), то структура и, следовательно, свойства стали меняются. Для улучшения структуры и свойств после изготовления изделия горячей обработкой давлением может проводиться термическая обработка – отжиг или нормализация.

Металлургические заводы выпускают стали обыкновенного качества в виде проката самого различного профиля и размеров. Это могут быть прутки круглого, квадратного, шестигранного сечения; уголки, швеллеры, листы, трубы, балки и т. д.

Стали обыкновенного качества, особенно стали марок Ст2, Ст3, применяются для изготовления сварных конструкций (фермы, рамы).

В сельскохозяйственном машиностроении из сталей Ст3, Ст4 делают валики, оси, рычаги, получаемые холодной штамповкой, цементируемые шестерни, червяки, поршневые кольца.

Среднеуглеродистые стали Ст5 и Ст6 применяют для более нагруженных изделий: рельсов, валов, железнодорожных колес.

Качественные стали. Гарантируется и химический состав, и механические свойства. Поставляются в виде проката и нормализованных поковок.

Марки конструкционных качественных сталей обозначаются содержанием углерода в сотых долях процента:

05, 08, 10, 15, 20, … 45, 50, … 85.

В марках спокойных качественных сталей степень раскисления не указывается. Кипящими (почти не содержащими кремния) могут быть стали марок 05, 08, 10, 15, 20; полуспокойными (около 0,17 % Si) – стали 08, 10, 15, 20.

Примеры марок качественных сталей: 35, 70, 08кп, 10пс.

Назначение конструкционных качественных сталей:

Стали марок 05, 08, 10 – для получения деталей из листа глубокой вытяжкой.

Стали 15, 20, 25 – для изготовления мелких деталей, работающих в нормализованном состоянии (крепеж, втулки, трубы, змеевики), а также для цементуемых деталей (кулачки, малонагруженные шестерни).

Стали 30, 35, 40, 45, 50, 55 – улучшаемые стали. Они упрочняются закалкой с высоким отпуском. Детали работают в условиях усталостного износа (шатуны, оси, маховики, зубчатые колеса, коленчатые валы).

Стали марок 50, 55и 60 могут подвергаться нормализации и поверхностной закалке ТВЧ. Так упрочняют шейки коленчатых валов, кулачки распределительных валиков, зубья шестерен, длинные валы и ходовые винты.

Стали 60-85 и близкие к углеродистым стали 60Г, 65Г, 70Г применяют в качестве рессорно-пружинных.

Марки инструментальных качественных сталей обозначаются буквой «У» и содержанием углерода в десятых долях процента:

У7, У8, У9, … У14.

Высококачественные стали содержат пониженное количество вредных примесей, благодаря чему менее склонны к хрупкому разрушению, более надежны при эксплуатации. Обозначение марок такое же, как и у качественных сталей, но в конце марки ставится буква «А»: 45А, У10А.

Особо высококачественные стали содержат еще меньше вредных примесей и неметаллических включений. Этого можно добиться только за счет двойного переплава. Способ переплава указывается в конце марки через дефис: «-Ш» – электрошлаковый, «-ВД» – вакуумно-дуговой, «-ШД» – электрошлаковый и вакуумно-дуговой и т. п. Именно это обозначение говорит об особо высоком качестве стали. Но углеродистые стали с таким уровнем качества не выплавляют, так как это делает сталь неоправданно дорогой. Только легированные стали для особо ответственных назначений подвергают двойному переплаву:

30ХГС-Ш, 5ХНТ-ВД, ШХ15-Ш.

Лекция 11

Чугуны

Чугуны – это сплавы на основе железа, содержащие от 2 до 5 % углерода, а также марганец, кремний и вредные примеси. Это литейный и передельный материал.

Допустимые количества полезных и вредных примесей в чугунах примерно в 5-10 раз больше, чем в сталях.

В зависимости от того, в какой форме содержится углерод, различают следующие виды чугунов: белые, в которых весь углерод связан в карбид железа Fe3C (рис. 68, а), серые с пластинчатым графитом (рис. 68, б), ковкие – с хлопьевидным графитом (рис. 68, в) и высокопрочные – с шаровидным графитом (рис. 68, г).

Рис. 68. Виды чугунов:

а – белый заэвтектический; б – серый; в – ковкий; г – высокопрочный

(б, в, г – структура металлической основы не показана)

Белые чугуны

Белые чугуны содержат углерод только в связанном виде – в виде цементита. В зависимости от содержания углерода они подразделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. В структуру любого белого чугуна входит эвтектика – ледебурит. В момент образования он состоит из аустенита и цементита, а при температуре ниже 727 ºC – из перлита и цементита.

Излом белого чугуна светлый, блестящий – «белый», отсюда и название. Твердость составляет 450-500 HB, материал очень хрупкий и твердый. Резанием (лезвийным инструментом) не обрабатывается, для изготовления деталей не используется.

Применяют отбеленные чугунные детали, у которых сердцевина имеет структуру серого чугуна, а с поверхности есть слой белого чугуна толщиной 5-7 мм. Так можно изготавливать прокатные валки, тормозные колодки, шары мельниц для размола горных пород, лемехи плугов, зубья ковшей экскаваторов, доски в драгах, – то есть, изделия, от которых требуется высокая твердость и износостойкость поверхности.

Для получения структуры белого чугуна в отливке необходимо быстрое охлаждение, а также минимальное содержание кремния и присутствие марганца и хрома («отбеливающих» компонентов).

Главное назначение белого чугуна – передел в ковкий чугун.

Серые чугуны

В сером чугуне весь углерод или его часть находятся в свободном виде – в виде графита.

Диаграмма состояния железо – цементит является метастабильной (не совсем равновесной). При очень медленном охлаждении расплавленного чугуна реализуется стабильная, равновесная диаграмма железо – графит. Ее точки и линии смещены чуть влево и вверх (рис. 69, а).

а б

Рис. 69. Равновесная диаграмма состояния железо-графит (а)

и схема, иллюстрирующая вероятность образования графита и цементита (б)

Графит в сером чугуне – это кристаллы сложной формы – «розетки», растущие из одного центра в виде сильно искривленных лепестков (рис. 70, а). В плоскости шлифа графит виден как отдельные пластинки, прямолинейные или изогнутые, так как плоскость шлифа пересекает графитные лепестки. Такой графит называют пластинчатым.

Металлическая основа серого чугуна может быть ферритной, перлитной или смешанной – феррито-перлитной (рис. 70, б). Излом серого чугуна темно-серого цвета, а в ферритном чугуне, в котором весь углерод содержится в виде графита, – бархатно-черного.

Механические свойства серых чугунов зависят от структуры основы и от количества, формы и размеров графитовых включений. Перлитные серые чугуны тверже и прочнее, ферритные – наименее прочные, феррито-перлитные – имеют промежуточные характеристики. Графит играет роль надрезов, трещин в металлической основе. Прочность графита при растяжении несопоставима с прочностью металла, поэтому пластичность чугунов очень мала (δ ≤ 0,5 %), а предел прочности при растяжении значительно ниже, чем у стали. (Говорят, что чугун – это сталь, испорченная графитом.) Но на сжатие графит работает хорошо:

В сжатия = 2В изгиба = 4В растяжения.

Серый чугун – самый дешевый литейный сплав. Имеет высокую жидкотекучесть и малую усадку, что позволяет получать тонкостенные фасонные отливки. Хорошо обрабатывается резанием: дает мелкую сыпучую стружку, графит является твердой смазкой и уменьшает тем самым износ инструмента. Благодаря графиту, в сером чугуне быстро затухают механические колебания, в том числе звуковые, что позволяет уменьшить шум при работе оборудования. Чугун нечувствителен к надрезам на поверхности деталей (в отличие от стали).

Детали из чугуна изготавливают литьем с последующей обработкой резанием. Для получения структуры серого чугуна в отливке сплав должен содержать много кремния и углерода, но мало марганца, чтобы не образовался цементит.

ГОСТ 1412-85 включает 6 основных марок серого чугуна. Чугун – единственный сплав, в марке которого зашифрован не химический состав, а механические свойства. Например, марка СЧ12 означает: серый чугун с пределом прочности при растяжении 120 МПа (12 кг/мм2).

Серые чугуны применяют для изготовления деталей, работающих с небольшими нагрузками, в основном, на сжатие. Это колонны, опоры, корпуса, станины, крышки, суппорты, зубчатые колеса, канализационные трубы, ванны, батареи.

Высокопрочные чугуны

В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму.

Они содержат 2,7-3,5 % углерода. Их модифицируют в ковше магнием (0,02-0,08 %). Модификатор не позволяет растущему кристаллу графита принять естественную форму розетки. Атомы магния образуют тонкий слой на поверхности зародыша графита, увеличивая его поверхностную энергию. Стремление системы к минимальной свободной энергии приводит к тому, что графит кристаллизуется в виде шариков (у шара поверхность при заданном объеме минимальна). Металлическая основа может быть такой же, как у серых чугунов (рис. 71).

Такой вид чугунов был создан с целью повысить механические свойства чугуна, сохранив его преимущества перед сталью. Предел прочности при растяжении В и относительное удлинение δ у высокопрочных чугунов выше, чем у серых, так как шаровидные включения графита – более мягкие концентраторы напряжения, чем пластинчатые (см. рис. 72).

Маркировка высокопрочных чугунов по ГОСТ 7293-85 аналогична маркировке серых. Например, ВЧ90 означает: высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении 900 МПа (90 кг/мм2).

Такие чугуны выдерживают значительные растягивающие нагрузки, поэтому применяются для более ответственных деталей: кузнечно-прессового оборудования, станин прокатных станов, коленчатых валов автомобилей, поршней, вентилей, крыльчаток, распределительных валиков. Отливки из высокопрочного чугуна широко используются в автомобиле- и тракторостроении вместо более дорогих стальных поковок. Их можно подвергать упрочняющей термообработке. Есть смысл выплавлять легированные высокопрочные чугуны для особых условий эксплуатации – с повышенной вязкостью при отрицательных температурах, жаропрочные, коррозионно-стойкие.

Ковкие чугуны

В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму. Такой графит получается при отжиге белого доэвтектического чугуна с содержанием углерода 2,5-3 %. Его еще называют углеродом отжига.

При нагреве до температур, близких к солидусу, цементит в белом чугуне распадается на исходные компоненты: железо и углерод.

Fe3C → Fe + C.

Режим отжига может быть различным. Во время выдержки при температуре 1000 ºC распадается цементит эвтектики и получается перлитный ковкий чугун (рис. 73, режим а). Если сделать отжиг в две стадии, с выдержкой вначале немного ниже 1147 ºC, а затем чуть ниже температуры перлитного превращения, то на первой стадии распадется цементит эвтектики, а на второй – цементит, входящий в перлит (рис. 73, режим б). При таком режиме получается ферритный ковкий чугун, самый мягкий и пластичный (рис. 74, а). Отжиг на ковкий чугун – длительная процедура, он занимает до 70-80 часов. Поэтому ковкий чугун самый дорогой.

Рис. 74. Ферритный (а) и перлитный (б) ковкий чугун

Маркировка ковких чугунов по ГОСТ 1215-92 включает характеристику не только прочности, но и пластичности. Например, КЧ45-7 означает ковкий чугун с пределом прочности при растяжении 450 МПа (45 кг/мм2) и относительным удлинением 7 %. Но несмотря на повышенную пластичность материала, название «ковкий» – условное, ковать его нельзя.

Ковкие чугуны применяют для мелких деталей, работающих с вибрациями, ударами: крюков, скоб, картеров, ступиц и т. д.

Лекция 12

refdb.ru