Углеродистые стали и чугуны Углеродистая сталь

• Название: Углеродистые стали и чугуны Углеродистая сталь
• Дата: 30.01.2023
• Размер: 171.91 Kb.
• Имя файла: Materialovedenie.docx
• Тип: Документы; #912956

ВАРИАНТ 24

Кондаков А.С.
1.Углеродистые стали и чугуны

Углеродистая сталь.Сплавы железа с углеродом, содержащие менее 2,14 % углерода при малом содержании других элементов, называются углеродистыми сталями. Углеродистые стали завершают кристаллизацию образованием аустенита. В их структуре нет эвтектики (ледебурита), благодаря чему они обладают высокой пластичностью, особенно при нагреве, и хорошо деформируются.

Углеродистые (нелегированные) стали являются наиболее дешевыми сталями и составляют около 80 % объема продукции черной металлургии. Эти стали выплавляются различными способами в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах, что определяет содержание примесей и качество.

Наилучшими свойствами обладает электросталь, более чистая по содержанию вредных примесей — серы и фосфора, а также газов и неметаллических включений. Она идет на изготовление более ответственных деталей.

Углерод является важнейшим элементом, определяющим структуру и свойства углеродистой стали. Даже при малом изменении содержания углерод оказывает заметное влияние на изменение свойств стали. С увеличением углерода в структуре стали растет содержание цементита. При содержании до 0,8 %С сталь состоит из феррита и перлита, при содержании более 0,8 % С в структуре стали, кроме перлита, появляется структурно свободный вторичный цементит.Феррит имеет низкую прочность, но сравнительно пластичен. Цементит характеризуется высокой твердостью, но хрупок. Поэтому с ростом содержания углерода увеличивается твердость и прочность и уменьшается вязкость и пластичность стали

Чугуны.

Чугуныявляются 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.

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 название высокопрочные. В соответствии с ГОСТ 7293-85 высокопрочные чугуны обозначают буквами ВЧ, за которыми следует число, указывающее гарантируемое значение s_В в кгс/мм²: ВЧ 35, ВЧ 60. Высокопрочные чугуны используют для замены литой стали в изделиях ответственного назначения.

Ковкий чугун получают 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 s_В (кгс/мм²) и d (%): 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.

А)Состояние железо цементит.




Б)Построить кривую охлаждения



В) Вычертить участок диаграммы


2)Сталь 10

Марка стали 10 (заменители 08, 15, 08кп) Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная  Вид поставки (ГОСТ сталь 10): сортовой прокат в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, Круг: ГОСТ 2590-2006, Квадрат:  ГОСТ 2591-2006, Шестигранник: ГОСТ 2879-2006, Уголок: ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, Швеллер: ГОСТ 8240-97, Балка: ГОСТ 8239-89. Калиброванный пруток ГОСТ 10702-78, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 10702-78, ГОСТ 14955-77. Лист толстый: ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 16523-97. Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77. Полоса ГОСТ 1577-93, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 17305-91, ГОСТ 5663-79. Трубы ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 10704-91, ГОСТ 1060-83, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

Использование в промышленности: детали, работающие при температуре от -40 до 450 °С, к которым предъявляются требования высокой пластичности, после химико-термической люработки - детали с высокой поверхностной твердостью при невысокой прочности сердцевины.

Удельный вес: 7856 кг/м³
Твердость материала: HB 10 ^-1 = 143 МПа
Температура критических точек: Ac₁ = 732 , Ac₃(Ac_m) = 870 , Ar₃(Arc_m) = 854 , Ar₁ = 680
Свариваемость материала: без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки.

Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.
Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 99-107 и σ_в=450 МПа,  К _{υ тв. спл}=2,1 и К_{υ б.ст}=1,6
Температура ковки, °С: начала 1300, конца 700. Охлаждение на воздухе.
Флокеночувствительность: не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Расшифровка марки стали 10: цифра 10 означает, что это конструкционная сталь и в среднем в марке содержится 0,10% углерода, а остальные примеси незначительны.

Особенности конструкционной стали марки 10: среди различных методов механико-термической обработки, направленных на получение оптимальной субструктуры, обеспечивающей повышение сопротивления ползучести и жаропрочности металлов и сплавов, наибольший эффект улучшения свойств железа и стали получен в результате так называемой многократной механико-термической обработки (ММТО). Последняя заключается в многократном деформировании металла растяжением на полную длину площадки текучести, чередующемся со старением при 100-200° С (для железа и его сплавов). ММТО снижает скорость ползучести стали 10 при 400° С на несколько порядков и значительно повышает кратковременную прочность (предел текучести в 2,5 раза, предел прочности на 65-70%) в сравнении с отожженным состоянием.

Наблюдаемые эффекты авторы объясняют созданием в результате ММТО стабильной дислокационной структуры благодаря последовательному блокированию атмосферами Коттрелла приграничных дислокационных скоплений высокой плотности, возникающих после каждого цикла обработки.

В связи с эффективным влиянием ММТО на сопротивление ползучести и механические свойства ОЦК металлов было исследовано изменение сопротивления микропластическим деформациям углеродистой стали после этой обработки.

ММТО проводили на цилиндрических образцах при растяжении и сжатии, а также при растяжении на листовых образцах толщиной 0,5 мм. Из последних затем вырезали образцы для релаксационных испытаний при чистом изгибе. Помимо режима ММТО с промежуточным старением при 200° С в качестве оптимального, была исследована эффективность ММТО с дополнительным дорекристаллизационным отжигом при различных температурах.
3) Легированнные стали.

Легированная сталь — сталь, которая, кроме обычных примесей, содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Сталь марки: 5XHB

Расшифровка марки стали 5ХНМ: наличие цифры 5 в начале марки говорит о том, что в стали содержится 0,5% углерода, а буквы Х, Н и М свидетельствуют о присутствии в стали соответственно хрома, никеля и марганца в количестве не превышающем 1,5%, таким образом перед нами легированная сталь.

Марка: 5ХНМ (заменители: 5ХНВ, 5ХГМ, 4ХМФС, 5ХНВС, 4Х5В2ФС) 
Класс: Сталь инструментальная штамповая
Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5950-2000 , ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006. Калиброванный пруток ГОСТ 5950-2000 , ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованый пруток и серебрянка ГОСТ 5950-2000 , ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 4405-75 . Проволока ГОСТ 10543-98. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 5950-2000 , ГОСТ 1133-71, ГОСТ 7831-78.
Использование в промышленности: молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов с массой падающих частей свыше 3 т, прессовые штампы и штампы машинной скоростной штамповки при горячем деформировании легких цветных сплавов, блоки матриц для вставок горизонтально-ковочных машин.

Термообработка: Закалка 850^oC, масло, Отпуск 460 - 520^oC.
Температура ковки: ºС: начала 1240, конца 750. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-350 мм - в яме.
Твердость материала: HB 10 ^-1 = 241 МПа
Температура критических точек: Ac₁ = 730 , Ac₃(Ac_m) = 780 , Ar₃(Arc_m) = 640 , Ar₁ = 610 , Mn = 230
Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций.
Флокеночувствительность: чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: не склонна. 
Обрабатываемость резанием: в отожженном состоянии при HB 286 и σ_в=900 МПа,  К _{υ тв. спл}=0,6 и К_{υ б.ст}=0,3
4)Сплавы цветных металлов.

Марка: БрБ2

Класс: Бронза безоловянная, обрабатываемая давлением

Использование в промышленности: для пружин и упругих элементов; высокая прочность и износостойкость, хорошие антифрикционные свойства, очень хорошая деформируемость в закаленном состоянии Твердость материала: HB 10 -1 = 130 - 150 МПа Температура плавления, °C: 955 БрБ2 — это безоловянная бериллиевая бронза, обрабатываемая давлением. Химический состав этого сплава описан в ГОСТ 18175-78 и включает в себя следующие компоненты: 96,9-98,0 % меди, 1,8-2,1 % бериллия, 0,2-0,5 % никеля и до 0,5 % примесей.   Сплав выделяется среди прочих бронз высокой износостойкостью и стойкостью к коррозионной усталости. Наряду с другими бронзами БрБ2 обладает хорошими антифрикционными и пружинящими свойствами, а также средними тепло и электропроводностью. Кроме того можно улучшить механические качества этого сплава, если подвергнуть его процедурам закалки и старения. Обо всём этом подробнее будет рассказано в этой статье. 5)Углепластик (карбон) Углепластик — это композиционный многослойный материал, представляющий собой полотно из углеродных волокон в оболочке из термореактивных полимерных (чаще эпоксидных) смол. Применение карбона Изначально карбон был разработан для спортивного автомобилестроения и космической техники, но благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам, таким как малый вес и высокая прочность, получил широкое распространение и в других отраслях промышленности: в самолетостроении, для спортивного инвентаря: клюшек, шлемов, велосипедов. удочек, медицинской техники и др. Технические характеристики и особенности карбона Популярность углепластика объясняется его уникальными эксплуатационными характеристиками, которые получаются в результате сочетания в одном композите совершенно разных по своим свойствам материалов — углеродного полотна в качестве несущей основы и эпоксидных компаундов в качестве связующего. Особенности технологии изготовления углеродного волокна  Волокна, состоящие из тончайших нитей углерода, получают термической обработкой на воздухе, то есть окислением, полимерных или органических нитей (полиакрилонитрильных, фенольных, лигниновых, вискозных) при температуре 250 °C в течение 24 часов, то есть практически их обугливанием.