Реферат мир сталей и сплавов

Обновлено: 04.07.2024

Конструкционные стали и сплавы Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали) , конструкций и сооружений (строительные стали) .
Углеродистые конструкционные стали Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Содержание

1. Конструкционные стали и сплавы
1.1. Углеродистые конструкционные стали
1.2. Легированные конструкционные стали
1.3. Строительные низкоуглеродистые стали
1.4. Арматурные стали
1.5. Стали для холодной штамповки
1.6. Конструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали
1.7. Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали
1.8. Стали с повышенной обрабатываемостью резанием
1.9. Мартенситно-стареющие высокопрочные стали
1.10. Высокопрочные стали с высокой пластичностью (ТРИП- или ПНП-стали)
1.11. Рессорно-пружинные стали общего назначения
1.12. Шарикоподшипниковые стали
1.13. Износостойкие стали
1.14. Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы
1.15. Криогенные стали
1.16. Жаропрочные стали и сплавы
2. Инструментальные стали и твердые сплавы
2.1. Стали для режущего инструмента
2.2. Стали для измерительного инструмента
2.3. Стали для штампов холодного деформирования
2.4. Стали для штампов горячего деформирования

2.5. Твердые сплавы
3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
3.1. Магнитные стали и сплавы
3.2. Металлические стекла (амфорные сплавы)
3.3. Стали и сплавы с высоким электрическим сопротивлением для нагревательных элементов
3.4. Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения
3.5. Сплавы с эффектом “памяти формы”
4. Тугоплавкие металлы и их сплавы
5. Титан и сплавы на его основе
5.1. Титан
5.2. Сплавы на основе титана
6. Алюминий и сплавы на его основе
6.1. Алюминий
6.2. Классификация алюминиевых сплавов
6.3. Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой
6.4. Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой
6.5. Литейные алюминиевые сплавы
7. Магний и сплавы на его основе
7.1. Магний
7.2. Сплавы на основе магния
8. Медь и сплавы на ее основе
8.1. Медь
8.2. сплавы на основе меди
9. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой, цинковой и алюминиевой основах

10. Композиционные материалы с металлической матрицей
11. Конструкционные порошковые материалы

1. Общие сведения о неметаллических материалах

1.1. Особенности свойств полимерных материалов

2. Пластические массы

2.1. Состав, свойства пластмасс

2.2. Термопластичные пластмассы

2.3. Термореактивные пластмассы

2.4. Газонаполненные пластмассы

3. Композиционные материалы с неметаллической матрицей

3.1. Общие сведения, состав

4. Резиновые материалы

4.1. Общие сведения, состав и классификация резин

4.2. Резины общего назначения

4.3. Резины специального назначения

5. Клеящие материалы и герметики

5.1. Общие сведения, состав пленкообразующих материалов

5.2. Конструкционные, смоляные и резиновые клеи

5.3. Неорганические клеи

6. Неорганические материалы

6.2. Неорганическое стекло

6.3. Керамические материалы

Работа состоит из 1 файл

мат реф.doc

Для изготовления аппаратуры, работающей в солянокислых средах, растворах серной и фосфорной кислоты, применяют никелевый сплав Н70МФ. Сплавы на основе Ni-Mo имеют высокое сопротивление коррозии в растворах азотной кислоты.

Для изготовления сварной аппаратуры, работающей в солянокислых средах, применяют сплав Н70МФ.

Наибольшее распространение получил сплав ХН65МВ для работы при повышенных температурах во влажном хлоре, солянокислых средах, хлоридах, смесях кислот и других агрессивных средах.

Сталь Н70МФ — s в =950МПа, s 0.2 =480МПа, d=50%.

Двухслойные стали нашли применение для деталей аппаратуры (корпусов аппаратов, днищ, фланцев, патрубков и др.) , работающих в коррозионной среде. Эти стали состоят из основного слоя — низколегированной (09Г2,16ГС, 12ХМ, 10ХГСНД) или углеродистой (Ст3) стали и коррозийно-стойкого плакирующего слоя толщиной 1-6мм из коррозийно-стойких сталей (08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х13) или никелевых сплавов (ХН16МВ, Н70МФ) .

Сталь ХН65МВ — s в =1000МПа, s 0.2 =600МПа, d=50%.

Криогенные стали обладают достаточной прочностью при нормальной температуре в сочетании с высоким сопротивлением хрупкому разрушению при низких температурах. К этим сталям нередко предъявляют требования высокой коррозийной стойкости. В качестве криогенных сталей применяют низкоуглеродистые никелевые стали и стали аустенитного класса, несклонные к хладноломкости. Для сварных конструкций, работающих при температуре до -196°С, используют стали с 6-7% Ni (ОН6А) и 8.5-9.5% Ni (ОН9А) , обладающие низким порогом хладноломкости.

Из этих сталей изготовляют цилиндрические или сферические резервуары для хранения и транспортировки сжиженных газов при температуре не ниже -196°С.

Сталь 10Х14Г14Н4Т — s в =620МПа, s 0.2 =280МПа, d=45%, y=60%.

Жаропрочные стали и сплавы

Жаропрочными называют стали и сплавы, способные работать под напряжением при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Жаропрочные стали и сплавы применяют для изготовления многих деталей котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, ракет и т.д., работающих при высоких температурах.

Жаропрочные стали благодаря невысокой стоимости широко применяются в высокотемпературной технике, их рабочая температура 500-750°С.

Механические свойства сталей перлитного класса (12К, 15К, 18К, 22К, 12Х1МФ) : s в =360490МПа, s 0.2 =220280МПа, d=2419%. Чем больше в стали углерода, тем выше прочность и ниже пластичность.

Стали мартенситного и мартенсито- ферритного классов (15Х11МФ, 40Х9С2,40Х10С2М) применяют для деталей и узлов газовых турбин и паросиловых установок.

Стали аустенитного класса (10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н18В2БР) предназначены для изготовления пароперегревателей и турбоприводов силовых установок высокого давления.

Жаропрочные сплавы на никелевой основе находят широкое применение в различных областях техники (авиационные двигатели, стационарные газовые турбины, химическое аппаратостроение и т.д.) .

Часто используют сплав ХН70ВТЮ, обладающий хорошей жаропрочностью и достаточной пластичностью при 700-800°С.

Никелевые сплавы для повышения их жаростойкости подвергают алитированию.

Инструментальные стали и сплавы

Стали для режущего инструмента Углеродистые стали небольшой прокаливаемости, необладающие теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали У8, У10, У11, У12, У13 вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость, и поэтому эти стали применяют для инструментов небольших размеров.

Стали У10, У11, У12, У13 применяют для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла, шабера, напильники и т.д.) . Для деревообрабатывающего инструмента применяют стали У7 и У8.

Стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резания с малой скоростью, так как их высокая твердость (У10-У12 — 62-63HRC) сильно снижается при нагреве выше 190-200°С.

Легированные стали повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью (11ХФ, 13Х, ХВСГ, 9ХС, Х, В2Ф) пригодны для резания материалов невысокой прочности (s в =500600МПа) с небольшой скоростью (до 5-8м/мин) . Их используют для инструмента, не подвергаемого в работе нагреву свыше 200-250°С. Легированные стали по сравнению с углеродистыми обладают большей прокаливаемостью.

Сталь Х — 0.95-1% С, 0.15-0.4% Mn, 0.15-0.35% Si, 1.3-1.65% Cr, 64-65HRC.

Быстрорежущие стали (Р6М5, Р12Ф3, Р8М3К6С, Р9, Р8М3, Р8М5) в отличие от других инструментальных сталей обладают высокой теплостойкостью и соответственно высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью.

Основным легирующими элементами этих сталей являются вольфрам, молибден, кобальт и ванадий.

Стали для измерительного инструмента

Они (12Х1, Х) обладают высокой твердостью, износостойкостью, сохраняют постоянство размеров и хорошо шлифуются. Их твердость составляет 63-64HRC.

Измерительное скобы, шкалы, линейки и другие плоские и длинные инструменты изготовляют из листовых сталей 15,15Х.

Стали для штампов холодного деформирования Эти стали (Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ, 6Х5В3МФС, 7ХГ2ВМ) должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью, также должны быть теплостойкими.

Во многих случаях для изготовления штампов для холодного деформирования используют быстрорежущие стали.

Стали для штампов горячего деформирования

Эти стали (5ХНМ, 5ХНВ, 4Х3ВМФ, 4Х5В2ФС, 3Х2В8Ф, 4Х2В5МФ) должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать износостойкостью, окалиностойкостью и разгаростойкостью и высокую теплопроводность.

Механические свойства стали 5ХНМ при температуре 500°С: s в =900МПа, s 0.2 =650МПа, d=20-22%, y=70%.

Твердыми называют сплавы (ВК3, ВК6, ВК10, Т30К4, Т15К6, Т5К12, ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9) , изготовленные методом порошковой металлургии и состоящие из карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC) , соединенных кобальтовой связкой.

Сплав ВК8 применяют для чернового точения и других видов черновой обработки, а также для волочения, калибровки труб, прутков и проволоки. Сплавы ВК10, ВК15 предназначены для изготовления быстроизнашивающихся деталей. Титановольфрамовые сплавы применяют для чистового (Т30К4) и чернового (Т15К6, Т5К10) точения, фрезерования и строгания стали, твердость сплавов 92-87HRC.

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами

Магнитные стали и сплавы Магнитотвердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов.

Для постоянных магнитов применяют высокоуглеродистые стали с 1% С, легированные хромом (3%) ЕХ3, а также одновременно хромом и кобальтом, ЕХ5К5, ЕХ9К15М2. Легирующие элементы повышают коэрцитивную и магнитную энергию В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа алнико. Сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготовляют литьем, затем проводят шлифование.

Магнитомягкие стали (электротехническая сталь) (1212,1311,1511,2011,2013, 2211,2312,2412,3415,3416,79НМ, 81НМА) применяют для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного тока. Они предназначены для изготовления якорей и полюсов машин постоянного тока, роторов и статоров асинхронных двигателей и др.

Парамагнитные стали (17Х18Н9,12Х18Н10Т, 55Г9Н9Х3,40Г14Н9Ф2, 40Х14Н9Х3ЮФ2 и др.) требуются в электротехнике, приборостроении, судостроении и специальных областях техники.

Недостатки этих сталей низкий предел текучести (150-350МПа) , что затрудняет их использование для высоко нагруженных деталей машин.

Металлические стекла (аморфные сплавы)

Аморфные сплавы нередко хрупки при растяжении, но сравнительно пластичны при изгибе и сжатии. Могут подвергаться холодной прокатке.

Магнито-мягкие аморфные сплавы делятся на три основные группы: 1. на основе железа (Fe 81 Si 3.5 B 13.5 C 2 ) с высокими значениями магнитной индукции и низкой коэрцитивной силой; 2. на основе кобальта (Co 66 Fe 4 (Mo, Si, B) 30 ) , имеющие сравнительно небольшую индукцию насыщения, но высокие механические свойства, низкую коэрцитивную силу и высокое значение магнитной проницаемости; 3. железоникелевые сплавы (Fe 40 Ni 40 P 14 B 6 ) со средними значениями магнитной индукции и более низким значением коэрцитивной силы, чем у железных сплавов.

Магнито-мягкие аморфные сплавы применяют в электротехнике и электронной промышленности.

Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения

Широко применяются в машиностроении и приборостроении. Наиболее распространены сплавы Fe-Ni, у которых коэффициент линейного расширения a при температурах -100 до 100°С с увеличением содержания никеля до 36% резко уменьшается, а при более высоком содержании никеля вновь возрастает. При температуре 600-700°С такого явления не наблюдается и коэффициент линейного расширения в зависимости от состава изменяется плавно, что объясняется переходом сплавов в парамагнитное состояние. Таким образом, низкое значение температурного коэффициента линейного расширения связано с влиянием ферромагнитных эффектов.

Для изготовления деталей, спаиваемых со стеклом, применяют более дешевые ферритные железохромистые сплавы 18ХТФ и 18ХМТФ.

Сплавы с эффектом “памяти формы”

Эти сплавы после пластической деформации восстанавливают свою первоначальную геометрическую форму или в результате нагрева (эффект “памяти формы” ) , или непосредственно после снятия нагрузки (сверхупругость) .

В настоящее время известно большое число двойных и более сложных сплавов с обратным мартенситным превращением, обладающих в разной степени свойствами “памяти формы” : Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Cu-Al, Cu-Al-Ni и др.

Наиболее широко применяют сплавы на основе мононикелида титана NiTi, получившие название нитинол. Эффект “памяти формы” в соединении NiTi может повторяться в течение многих тысяч циклов. Нитинол обладает высокой прочностью (s в =7701100МПа, s т =300500МПа) , пластичностью (d=10015%) , коррозийной и кавитационной стойкостью и демпфирующей способностью. Его применяют как магнитный высокодемпфирующий материал во многих ответственных конструкциях.

Тугоплавкие металлы и их сплавы

Наибольшее значение в технике имеют следующие тугоплавкие металлы: Nb, Mo, Cr, Ta и W.

Их применяют при строительстве ракет, космических кораблей, ядерных реакторов, отдельные узлы которых работают при температуре до 1500-2000°С.

Тугоплавкие металлы и их сплавы используют в основном как жаропрочные.

Молибден, вольфрам и хром обладают высокой жаропрочностью, однако они склонны к хрупкому разрушению. Ниобий и тантал — высокопластичные материалы и хорошо свариваются.

Характеристика методики упрочнения стали при легировании. Металлокерамические твердые сплавы. Титан и его сплавы. Дефекты литья и их предупреждения: раковины и трещины. Борьба с браком в литейных цехах. Обобщение способов исправления литейного брака.

Подобные документы

Что такое конструкционные стали и сплавы, их классификация. Твердые сплавы, стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Титан и сплавы на его основе, свойства алюминия, магния, меди. Композиционные материалы. Сведения о неметаллических материалах.

реферат, добавлен 25.03.2011

Конструкционные стали и сплавы. Инструментальные стали и твердые сплавы. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Тугоплавкие металлы и их сплавы. Общая характеристика неметаллических материалов. Резиновые, клеящиеся материалы и герметики.

реферат, добавлен 22.08.2011

Металлы с особыми физическими свойствами (магнитными, тепловыми). Стали и сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения. Магнитно-мягкие стали и сплавы, их потребительские свойства. Стали и сплавы с высоким электросопротивлением.

реферат, добавлен 15.09.2014

Основные виды, свойства, назначение цветных металлов и их сплавов. Влияние легирующих элементов на полиморфизм титана. Деформируемые сплавы, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Особенности литейных и магниевых сплавов. Латуни и бронзы.

лекция, добавлен 29.09.2013

Основные стали для холодной штамповки. Мартенсито-стареющие высоко прочные стали. Коррозийно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы, их характеристика. Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой. Медь и сплавы на ее основе.

реферат, добавлен 17.10.2017

Коррозия электрохимическая и химическая. Классификация коррозионностойких сталей и сплавов. Структура и многообразие свойств хромистой стали. Влияние хрома на жаростойкость. Классификация и структура жаропрочных материалов, области их применения.

лекция, добавлен 29.09.2013

Инструментальные стали: особенности и предназначение. Особенности применения инструментальной углеродистой и легированной стали. Стали для штампов горячего и холодного деформирования. Твердые металлокерамические сплавы. Этапы термической обработки стали.

реферат, добавлен 03.04.2012

Особенности электрохимической и химической коррозии. Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов. Характеристика хромистых сталей. Определение жаростойкости и жаропрочности металлов. Классификация жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов.

контрольная работа, добавлен 12.02.2016

Изучение основных марок цветных сплавов и композиционных материалов, их свойствами и применением. Классификация и маркировка цветных сплавов. Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни. Титан, магний и его сплавы. Композиционные материалы (композиты).

практическая работа, добавлен 08.11.2016

Углеродистые стали и чугуны, диаграмма состояния железо-цементит и кривая охлаждения. Расшифровка марки стали 30, её группа по назначению и примеры изделий из этой стали. Легированные стали и сплавы цветных металлов. Керамика как неметаллический материал.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Министерство образования науки и молодежной политики Нижегородской области

Исследовательская работа

студенты II курса

Тагаева Кристина

Волкова Витория

Руководитель:

Преподаватель дисциплин специального цикла

Стенякина Ю.С

г. Первомайск

I. Понятие стали. 4

II. Преимущества и недостатки…………………………………..………..…….5

III. Виды стали. 6

IV. Классификация стали. 10

V . Характеристики сталей. 12

Список литературы. 18

История развития человечества напрямую связано с изобретением металла. Еще в каменном веке, когда оружие и орудия труда были из камней, был замечен рыжий камень – железная руда. Однажды, кусочек такого камня попал в костёр и люди заметили его необычное свойство – при нагреве он мягкий и эластичный, а когда остывает, становится твердый. Так появился металл, и железная руда стала добываться массово. Со временем возникло кузнечное ремесло и люди стали изготавливать инструменты и оружие.

Цель работы: изучить сталь , ее виды, классификацию и характеристики сталей.

– рассмотреть понятие стали;

– изучить виды стали;

– изучить классификацию стали;

– проанализировать характеристики сталей.

Объект исследования: Сталь.

Актуальность темы: металлургия сегодня, это целый комплекс мер и действий для получения стали и чугуна требуемых качеств. Многие могут не знать, что сталь бывает разной - для пищевой промышленности используется металл одного качества, а для инструментов - другого. Самыми крепкими считаются сплавы железа с углеродом и добавлением легированного металла. Для токарного ремесла, где происходит обработка металла, используется инструментальная сталь. Из нее сделаны резаки, свёрла, протяжки и метчики. Сплав инструментальной стали состоит из железа, углерода и кремния. В таких сталях отсутствуют вредные примеси, такие как сера и фосфор, потому, что это компоненты делают металл мягким. В инструментальной стали количество углерода очень мало.

I . Понятие стали

Сталь — сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержащий не менее 45 % железа и в котором содержание углерода находится в диапазоне от 0,02 до 2,14 % , причём содержанию от 0,6 % до 2,14 % соответствует высокоуглеродистая сталь . Если содержание углерода в сплаве превышает 2,14 %, то такой сплав называется чугуном . Углерод придаёт сплавам прочность и твёрдость , снижая пластичность и вязкость .

Стали с очень высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор , амортизаторов , силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле , сильфонов , растяжек, подвесок.

Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы, кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям.

В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении — релаксационной стойкостью.

II. Преимущества и недостатки

Описывать плюсы и минусы материала довольно сложно. На практике мы имеем дело с продукцией из стали, причем из сплава самых разных марок, а, значит, и свойств. А одна из особенностей материала как раз и состоит в том, что метод изготовления изделий из него тоже влияет на его свойства. Качества сварной трубы не сравнить с характеристиками трубопровода из холоднокатаной стали.

В общем, можно говорить о следующих преимуществах стали:

высокая прочность и твердость – свойственно всем видам;

огромное разнообразие свойства, обусловленное разным составом и разными методами обработки;

вязкость и упругость, достаточные для применения на всех участках, где требуется стойкость к ударным, статическим и динамическим нагрузкам при отсутствии остаточной деформации;

легкость механической обработки – сварка, нарезка, сгибание;

очень высокая износостойкость по сравнению с другими конструкционными материалами и, соответственно, долговечность;

распространенность сырья и экономически выгодный метод производства, что обуславливает доступную стоимость сплавов.

К недостаткам можно отнести следующее:

самый большой недостаток материала – нестойкость к коррозии. Чтобы избежать повреждений, выпускают специальные виды металла стали – нержавеющие, однако их стоимость заметно выше. Чаще проблему решают за счет покрытия стальных изделий защитным слоем металла или полимера;

сплав накапливает электричество, что заметно усиливает электрохимическую коррозию. Сколько-нибудь объемные конструкции – корпуса машин, трубопроводы, нуждаются в специальной защите;

сплав не отличается легкостью, стальные конструкции имеют большой вес и заметно утяжеляют объекты;

III. Виды стали

Существует более 3500 различных типов стали, которые можно разделить на четыре группы в зависимости от химического состава или содержания металлических сплавов.

Сталь - это сплав, но именно уровень примесей и элементов, таких как никель, магний, молибден, кремний, медь, ванадий , помогает определить марку каждой стали.

1. Углеродистая сталь

Углеродистые стали содержат железо , углерод и другие легирующие элементы, такие как марганец, кремний и медь .

Углерод, однако, является основным легирующим компонентом углеродистых сталей, на которые приходится примерно 90 процентов всех сталелитейных производств.

Углерод является самым твердым элементом, поэтому изделия из углеродистой стали также очень твердые. Варьирование процентного содержания углерода дает сталь с различными качествами. Однако более высокое содержание углерода часто приводит к более прочной, но более хрупкой стали.

В зависимости от уровня содержания углерода углеродистые стали можно разделить на следующие группы:

Мягкие или низкоуглеродистые стали, содержат до 0,32% C

Среднеуглеродистые стали , содержащие 0,30-0,59% С

Высокоуглеродистые стали , содержащие более 0,6-0,99% С

Сверхвысокие углеродистые стали, которые обычно содержат около 1,0–2,0% С

Также известная как Сварочное железо , низкоуглеродистая сталь является наиболее распространенной и наиболее экономически эффективной формой. Легко работать, что делает его подходящим для декоративных изделий, таких как фонарные столбы и ограждения.

В качестве одного из более прочных вариантов, среднеуглеродистая сталь часто используется для ковки крупных конструкций и автомобильных компонентов, а высокоуглеродистая сталь в основном используется для высокопрочных проволок и пружин.

Также известная как чугун , сверхвысокая углеродистая сталь является самой твердой формой их всех и часто используется для ножей, осей, штампов и других специальных целей. Поскольку углеродистые стали не содержат хрома, они подвержены коррозии быстрее, чем почти все другие типы сталей.

2. Легированная сталь

Легированные стали содержат обычные легированные металлы в различных пропорциях, что делает этот тип стали подходящим для конкретных применений.

Эти легирующие металлы включают алюминий, марганец, никель, титан, кремний, медь и хром, добавление которых приводит к свойствам, которые отличаются от свойств, встречающихся в обычных углеродистых сталях.

При добавлении легирующие элементы могут изменять такие свойства, как прочность, пластичность, формуемость, прокаливаемость и способность противостоять коррозии.

Например, нержавеющая сталь производится путем добавления хрома и никеля, тогда как добавление алюминия приводит к более однородному внешнему виду.

С другой стороны, известно, что добавление марганца делает сталь чрезвычайно твердой и прочной.

Легированные стали могут иметь различные механические свойства благодаря широкому диапазону возможных составов. Из-за этих свойств легированные стали служат широкому спектру применений, включая производство трубопроводов, трансформаторов, автозапчастей, электродвигателей и генераторов энергии.

3. Инструментальные стали

Этот тип стали легируется при очень высоких температурах и часто содержит твердые металлы, такие как вольфрам, кобальт, молибден и ванадий . Поскольку инструментальные стали не только жаростойкие, но и долговечные, их часто используют для резки и сверления оборудования .

Тем не менее, существуют различные типы инструментальных сталей, каждый из которых содержит различные количества различных легированных металлов. В результате каждый тип инструментальной стали предлагает разный уровень термостойкости и долговечности.

4. Нержавеющая сталь

Хотя нержавеющие стали состоят из нескольких металлических сплавов, они обычно содержат 10-20 процентов хрома, что делает его основным легирующим элементом. По сравнению с другими видами стали нержавеющие стали примерно в 200 раз более устойчивы к коррозии, особенно в тех, которые содержат не менее 11 процентов хрома. В результате нержавеющая сталь высоко ценится за свою способность противостоять коррозии. По своей кристаллической структуре нержавеющие стали делятся на одну из следующих категорий:

Аустенитные стали

Хотя аустенитные стали содержат следовые количества никеля (восемь процентов) и углерода (0,08 процента), в них много хрома. Как правило, аустенитные стали имеют содержание хрома около 18 процентов.

В таких областях, как производство труб, кухонной утвари и оборудования для пищевой промышленности , аустенитные стали являются наиболее распространенным видом нержавеющей стали. Хотя аустенитные стали не поддаются термической обработке, они ценятся за их немагнитные свойства.

Ферритные стали

Помимо содержания следовых количеств никеля, менее 0,1 процента углерода и около 12-17 процентов хрома, ферритные стали обычно содержат легкие металлы, такие как молибден, алюминий или титан, в небольших количествах.

Ферритные стали магнитные, прочные и очень прочные. Тем не менее, холодная обработка может быть использована для их дальнейшего укрепления. К сожалению, они не чувствительны к термообработке, а это значит, что для их закалки нельзя использовать нагревательную технику.

Мартенситные стали

В дополнение к содержанию умеренного количества углерода (около 1,2 процента) и никеля (менее 0,4 процента), мартенситные стали содержат 11-17 процентов хрома.

Помимо магнитных свойств, мартенситные стали также чувствительны к термообработке. Этот тип в основном используется для изготовления стоматологического и хирургического оборудования, лезвий, ножей и нескольких других режущих инструментов.

Нержавеющая сталь обладает способностью выдерживать большую часть износа, вызванного ежедневным использованием, что делает их очень долговечными. Кроме того, невидимый слой хрома служит для предотвращения окисления, что делает нержавеющие стали устойчивыми к царапинам и коррозии.

IV.Классификация стали

Классификация по раскислителю

При плавке металлов частой проблемой является растворенный в них газ – кислород, азот, водород, чтобы удалить его прибегают к раскислению. В зависимости от полноты процесса различают 3 вида:

спокойная – металл не содержит закиси железа. В сплаве полностью отсутствуют газы, так что его свойства наиболее стабильны и однородны. Применяется для ответственных конструкций, поскольку технология его получения дорогая;

полуспокойная – затвердевает без кипения, но сопровождается выделением газов. Какое-то количество газов остается, однако может быть удалено при прокатке сплава. Как правило, полуспокойная сталь используется как конструкционная;

кипящая – содержит растворенные газы. Это сказывается на свойствах: материал склонен к трещинообразованию при сварке, например, но, так как производство кипящей стали требует меньше всего затрат, производится и такой сплав для многих простых конструкций.

Классификация по назначению

Довольно условное разделение сталей по сферам применения стали.

Строительные – сплавы обычного качества и низколегированные, рассчитанные на высокие статические и в некоторых случаях динамические нагрузки. Главное требование к ним – хорошая свариваемость. На деле в зависимости от характера строительного объекта, применяется материал самого разного качества.

Инструментальные – как правило, высокоуглеродистые и высоколегированные, применяются при изготовлении инструментов. Различают штампованные сплавы, режущие и стали для измерительных инструментов. Режущие отличаются твердостью и теплостойкостью, материал для измерительных приборов – высокой износостойкостью.

Конструкционные – с низким содержанием марганца. Это цементируемые, высокопрочные, автоматные, шарико-подшипниковые, износостойкие и так далее, применяемые для изготовления самых разнообразных узлов и конструкций. Столь огромного разнообразия свойств добиваются за счет легирования.

Порой выделяют специальные стали – жаропрочные, жаростойкие, кислотоупорные, но на деле они являются разновидностью конструкционных.

V . Характеристики сталей

Различные виды стали производятся в соответствии с механическими и физическими свойствами, необходимыми для их применения. Различные системы классификации используются для различения сталей на основе этих свойств, которые включают плотность, упругость, температуру плавления, теплопроводность, прочность и твердость (среди прочих). Чтобы производить разные стали, производители варьируют тип и количество легированных металлов, производственный процесс и способ обработки сталей для производства определенных продуктов.

По данным Американского института чугуна и стали, стали можно разделить на четыре группы в зависимости от их химического состава:

Свойства углеродистых сталей

Углеродистые стали - это сплавы, изготовленные из комбинации железа и углерода. Изменяя процентное содержание углерода, можно производить сталь с различными качествами. В целом, чем выше уровень углерода, тем прочнее и хрупче сталь.

Низкоуглеродистую сталь иногда называют кованым железом. Он прост в работе и может использоваться для декоративных изделий, таких как ограждения или фонарные столбы.

Среднеуглеродистая сталь очень прочная и часто используется для крупных конструкций, таких как мосты.

Высокоуглеродистая сталь используется в основном для проволоки.

Чугун - это очень твердая сталь, но она также довольно хрупкая.

Свойства легированных сталей

Легированные стали названы так, потому что они сделаны с небольшим процентом одного или нескольких металлов, помимо железа. Добавление сплавов меняет свойства сталей. Например, сталь из железа, хрома и никеля производит нержавеющую сталь. Добавление алюминия может сделать сталь более однородной по внешнему виду. Сталь с добавлением марганца становится исключительно твердой и прочной.

Свойства нержавеющих сталей

Нержавеющая сталь содержит от 10 до 20% хрома, что делает сталь чрезвычайно устойчивой к коррозии (ржавлению). Когда сталь содержит более 11% хрома, она примерно в 200 раз более устойчива к коррозии, чем стали, не содержащие хрома. Существует три группы нержавеющих сталей:

Аустенитные стали с очень высоким содержанием хрома также содержат небольшое количество никеля и углерода. Они очень часто используются для обработки пищевых продуктов и трубопроводов. Они ценятся отчасти потому, что они немагнитные.

Ферритные стали содержат около 15% хрома, но только следовые количества углерода и металлических сплавов, таких как молибден, алюминий или титан. Эти стали магнитные, очень твердые и прочные, и их можно еще больше упрочнить холодной обработкой.

Мартенситные стали содержат умеренное количество хрома, никеля и углерода. Они являются магнитными и термообрабатываемыми. Мартенситные стали часто используются для режущих инструментов, таких как ножи и хирургическое оборудование.

Свойства инструментальных сталей

Инструментальные стали - это прочные жаропрочные металлы, содержащие вольфрам, молибден, кобальт и ванадий. Неудивительно, что они используются для изготовления таких инструментов, как дрели. Существует множество различных типов инструментальных сталей, содержащих различное количество различных легированных металлов.

Механические свойства стали обусловлены сочетанием химического состава, термической обработки и производственных процессов. Хотя основным компонентом стали является железо, добавление очень небольших количеств других элементов может оказать заметное влияние на свойства стали. Прочность стали может быть увеличена путем добавления сплавов, таких как марганец, ниобий и ванадий. Однако эти добавки сплава могут также отрицательно влиять на другие свойства, такие как пластичность, ударная вязкость и свариваемость.

Минимизация уровня серы может повысить пластичность, а ударную вязкость можно улучшить путем добавления никеля. Поэтому химический состав каждой спецификации стали тщательно сбалансирован и проверен в процессе ее производства, чтобы обеспечить достижение соответствующих свойств.

Легирующие элементы также вызывают различную реакцию, когда материал подвергается термообработке, включающей охлаждение с заданной скоростью от определенной пиковой температуры. Процесс производства может включать комбинации термической обработки и механической обработки, которые имеют решающее значение для характеристик стали.

Механическая обработка имеет место, когда сталь катится или формируется. Чем больше стали катится, тем сильнее она становится. Этот эффект проявляется в стандартах на материалы, которые, как правило, указывают на снижение уровней предела текучести при увеличении толщины материала.

Эффект термической обработки лучше всего объясняется со ссылкой на различные производственные процессы, которые можно использовать в производстве стали, основными из которых являются:

Термомеханически рулонная сталь

Закаленная и отпущенная сталь.

Использование высокопрочной стали может уменьшить объем необходимой стали, но сталь должна быть прочной при рабочих температурах, и она также должна обладать достаточной пластичностью, чтобы противостоять распространению вязких трещин. Следовательно, стали с более высокой прочностью требуют улучшенной ударной вязкости и пластичности, что может быть достигнуто только при использовании низкоуглеродистых чистых сталей и путем максимального измельчения зерна. Реализация термомеханического процесса прокатки является эффективным способом достижения этого.

Тушение включает быстрое охлаждение продукта путем погружения непосредственно в воду или масло. Он часто используется в сочетании с отпуском, который является второй стадией термообработки до температур ниже аустенизирующего диапазона. Эффект закалки заключается в том, чтобы смягчить ранее отвержденные структуры и сделать их более жесткими и пластичными.

Технология металлов — наука, представляющая собой совокупность современных знаний о способах производства металлических материалов и средствах их физико-химической переработки в целях изготовления деталей и изделий различного назначения. Достоинством металлов и сплавов является то, что путем целенаправленного изменения их химического состава и внутреннего строения можно получать различные конструкционные материалы с новыми свойствами, дающими возможность применения их во всех отраслях народного хозяйства. Несмотря на то, что с каждым годом появляется все больше полимеров и других химических материалов, металлы по-прежнему остаются основой технического прогресса.

При выборе металла для изготовления деталей машин необходимо знать его состав, строение, механические, физико-химические свойства, а также учитывать условия эксплуатации, воздействие силовых и других факторов, влияющих на работоспособность и надежность машин.

Применение чистых металлов в промышленности крайне ограничено. Они не всегда экономичны, не всегда отвечают требуемым свойствам. В металлах не всегда сочетаются одновременно несколько свойств, например твердость с пластичностью. Их электрические свойства зависят от изменения температуры, они имеют высокий коэффициент теплового расширения и т. д. Сплавы в отличие от чистых металлов можно получить почти с любыми заданными свойствами. Сплавы — кристаллические вещества, полученные соединением металлов с металлами или неметаллами. Например, чугун и сталь — это сплавы железа с углеродом. Составляющие части сплавов называются компонентами. Сплавы могут быть двух-, трех- и четырехкомпонентными.

Железоуглеродистые сплавы — стали и чугуны — важнейшие металлические сплавы современной техники. По объему производства чугуна и стали намного, более чем в 10 раз превосходит производство, всех других металлов, вместе взятых.

Сырьем для плавки чугуна является железная руда. Это горная порода, содержащая железо в количестве, необходимом для переработки. Важнейшими железными рудами являются: магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк, шпатовый железняк и железистые кварциты. Наиболее богатые руды — это магнитный железняк, содержание железа в нем составляет 70 %, в красном железняке — до 65 %. Бурый железняк беднее железом, содержание его в руде составляет 25—50 %, в шпатовом железняке железа 35—37 %, и самая бедная железом руда — железистые кварциты.

Наша страна располагает богатейшими запасами железных руд — на Урале, Украине, в Сибири. Богатейшим месторождением руды является Курская магнитная аномалия (КМА), ее запасы превышают миллионы тонн богатых железом руд и триллионы тонн бедных железом кварцитов. Недавно введены в эксплуатацию руды Карельского месторождения.

В рудах кроме оксидов железа находится пустая порода — кремнезем, глина, сера, фосфор и другие примеси. Их частично нужно удалить еще до плавки. Поэтому руду подвергают предварительному обогащению с целью увеличить содержание в ней железа. Обогащение производят различными способами: промывкой, магнитным способом, обжигом. Эффективным способом подготовки и обогащения руд является агломерация, т. е. спекание мелких порошкообразных руд, рудной пыли и окалины с коксовой мелочью, а также окатышей, которые получают смешиванием рудной мелочи и пыли с небольшим количеством связующего вещества — флюса, главным образом глины. Окатыши нашли широкое применение при плавке стали бездоменным способом.

Продуктом, необходимым при плавке чугуна, являются флюсы, главным образом известняк СаСОз, они служат для окончательного удаления пустой породы из руды в процессе плавки в доменной печи.

Важный материал для получения чугуна — топливо. Топливом является кокс. Его получают из специальных коксующихся углей путем нагрева до температуры 1000° С без доступа воздуха. При этом удаляются смола и газы и остается пористый материал, почти целиком состоящий из углерода. В России и бывшем Советском Союзе угольные бассейны коксующихся углей — Донецкий, Кузнецкий, Карагандинский и Печорский. Кокс — дорогостоящее топливо, поэтому в целях уменьшения его расхода, который составляет 400 – 450 кг на 1 т чугуна, и для повышения производительности доменных печей используют природный газ. В нашей стране разработан способ вдувания в доменную печь угольной пыли. Это дает большой экономический эффект. Кроме указанных материалов при плавке чугуна вводят немного марганцевой руды. Чугун выплавляется в доменных печах [Кучер А. М. Технология металлов. — Л.: Машиностроение, 1987].

1.2. Структура и свойства чугуна

Поскольку структура чугуна состоит из металлической основы и графита, то и свойства чугуна будут зависеть как от свойств металлической основы, так и от количества и характера графитных включений.

Графит по сравнению со сталью обладает низкими механическими свойствами, и поэтому графитные включения можно считать в первом приближении просто пустотами, трещинами. Отсюда следует, что чугун можно рассматривать как сталь, испещренную большим количеством пустот и трещин.

Естественно, что чем больший объем занимают пустоты, тем ниже свойства чугуна. При одинаковом объеме пустот (т. е. количестве графита) свойства чугуна будут зависеть от их формы и расположения. Следовательно, чем больше в чугуне графита, тем ниже его механические свойства, чем грубее включения графита, тем больше они разобщают металлическую основу, тем хуже свойства чугуна. Самые низкие механические свойства получаются тогда, когда графитные включения образуют замкнутый скелет.

На какие же свойства особенно сильно влияют графитные включения пластинчатой формы, играющие роль трещин, острых надрезов внутри металла?

При растягивающих нагрузках облегчается образование очагов разрушения по концам графитных включений. По механическим свойствам чугун характеризуется низким сопротивлением развитию трещины (тем не менее, разрушается чугун вязко, излом ямочный, но 1 очень мала), и, следовательно, обнаруживает низкие механические свойства при испытании, где превалируют нормальные растягивающие напряжения (например, при испытании на растяжение).

Если растягивающие напряжения имеют минимальные значения, как, например, при сжатии, свойства чугуна оказываются достаточно высокими и практически очень близкими к свойствам стали того же состава и структуры, что и металлическая основа чугуна.

Поэтому предел прочности при сжатии и твердость чугуна зависят главным образом от строения металлической основы и мало отличаются от этих свойств стали.

Такие же свойства чугуна, как сопротивление разрыву, а также изгибу, кручению, в основном обусловливаются количеством, формой и размерами графитных включений; в данном случае свойства чугуна сильно отличаются от свойств стали.

Сказанное относится главным образом к серому чугуну с пластинчатыми включениями графита. По мере скругления графитных включений указанное отрицательное влияние графитных включений уменьшается.

Округлые включения шаровидного графита не создают резкой концентрации напряжений, такие включения не являются “трещинами” и чугун с шаровидным графитом имеет значительно более высокую прочность при растяжении и изгибе, чем чугун с пластинчатым графитом (отсюда и название чугуна с шаровидным графитом — высокопрочный чугун). Ковкий чугун с хлопьевидным графитом занимает промежуточное положение по прочности между обычным серым и высокопрочным чугуном с вермикулярным графитом между серым и ковким.

Таким образом, прочность чугуна (в отношении нормальных напряжений) определяется строением металлической основы и формой графитных включений [Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов. — М.: Металлургия, 1979].

1.3. Маркировка и область применения чугуна

Согласно ГОСТ 4832-86, установлены следующие марки отливок из серого чугуна (СЧ): СЧ00, СЧ120, СЧ150, СЧ180, СЧ210, СЧ240, СЧ280, СЧ320, СЧ360, СЧ400, СЧ440 и др. Буквы СЧ обозначают серый чугун цифры, стоящие за буквами, показывают предел прочности изготовления чугуна (МПа). Чугун марки СЧОО не испытывают, так как его применяют для изготовления неответственных деталей. Группу чугунов марок СЧ120 – СЧ210 относят к чугунам невысокой прочности, используют для производства труб, фитингов, колец; твердость чугунов 143 – 231 НВ.

Чугуны марок СЧ240 – СЧ440 являются чугунами повышенной прочности, их твердость 170 – 260 НВ, предназначены для изготовления станин, штампов, маховиков. Наибольшей твердости и прочности чугуны марок СЧ550 – СЧ650; используют их для производства более ответственных изделий: шестерен, рам и др. [Никифоров В. М. Технология металлов и конструкционные материалы. — М., Высшая школа, 1980].

Легированные чугуны (ГОСТ 7769–82) содержат наряду с обычными примесями легирующие элементы (хром, никель, титан и др.), которые резко улучшают механические свойства, увеличивают сопротивление коррозии и заменяют стальное литье. Например, чугуны марок: ЧЮ6С5 применяют для изготовления жаростойких изделий в воздушной среде; ЧХ9Н5 — дробометов, ковшей пескометов; ЧХ18ДЗ — немагнитных деталей; ЧХ28 — коррозионно-стойких деталей и др.

Специальные чугуны или ферросплавы обладают повышенным содержанием кремния или марганца. К ним относят ферросилиций, ферромарганец и др. Эти чугуны применяют для раскисления стали, т. е. для изъятия из стали вредной примеси — кислорода.

Ковкие чугуны (КЧ) значительно пластичнее серых. Согласно ГОСТ 1215-79, установлены следующие марки ковких чугунов: КЧ 330-8, КЧ 370-12, КЧ 620-2 и др. Первое число показывает предел прочности на растяжение (МПа), второе — пластичность в процентах относительного удлинения.

Высокопрочные чугуны (ВЧ) отличаются высокими прочностью и пластичностью. Применяются для изготовления ответственных изделий, заменяют сталь. По ГОСТ 7293-85 их марки: ВЧ 450-5, ВЧ 600-2, ВЧ 1200-4 и др. Число при ВЧ обозначает то же, что и при КЧ. Высоко-прочный чугун получают введением в жидкий серый чугун магния или силикокальцня, способствующего превращению пластинчатого графита в сфероидальный. Высокопрочный чугун применяют для производства коленчатых валов, губчатых колес и подобных деталей, он часто заменяет сталь.

Синтетический чугун получают плавлением металлического лома в электрических печах путем науглероживания. Их него изготовляют отливки повышенного качества [Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1980].

Основной продукцией черной металлургии является сталь, причем приблизительно 90 % изготавливается углеродистой стали и 10 % легированной. Таким образом, основным металлическим материалом промышленности является углеродистая сталь.

Сталь — важнейший материал, используемый в машиностроении. В отличие от чугуна она содержит меньше углерода и вредных примесей. Поэтому процесс получения стали состоит в удалении этих элементов. Основные способы получения стали: кислородно-конверторный, мартеновский и в электропечах.

Углеродистая сталь промышленного производства — сложный по химическому составу сплав. Кроме основы — железа (содержание которого может колебаться в пределах 97,0 – 99,5 %), в ней имеется много элементов, наличие которых обусловлено технологическими особенностями производства (марганец, кремний), либо невозможностью полного удаления их из металла (сера, фосфор, кислород, азот, водород), а также случайными примесями (хром, никель, медь и др.).

В зависимости от способа выплавки (мартеновский, конвертерный и др.) стали разных производств различаются главным образом по содержанию этих примесей. Однако один элемент, а именно — углерод, вводится в простую углеродистую сталь специально.

Углерод сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. Поэтому при малом содержании всех прочих возможных примесей основным элементом, при помощи которого изменяются свойства сплава железа, является углерод.

Естественно, что эти сплавы (при С инструменты по дереву, центры токарных станков и т. д.).

У8, У8А, У8Г, У8ГА — для инструментов и изделий, требующих повышенной твердости и достаточной вязкости (зубила, кернеры, матрицы, пуансоны, ножницы по металлу, отвертки, столярный инструмент), буры средней твердости.

У9, У9А — для инструментов, требующих высокой твердости при наличии некоторой вязкости (кернеры, штемпели, зубила по каменным породам и столярный инструмент).

У10, У10А — для инструментов, не подвергающихся сильным толчкам и ударам и требующих высокой твердости при незначительной вязкости (строгальные резцы-фрезы, метчики, развертки, плашки, буры по каменным юродам, ножовочные полотна, зубила для насечки напильников, волочильные кольца, калибры, напильники, гребенки).

У11, УНА, У12, У12А — для инструментов, требующих высокой твердости (напильники, фрезы, сверла, бритвы, плашки, часовой инструмент, хирургический инструмент, пилы по металлу, метчики).

У13, У13А — для инструментов, которые должны иметь исключительно высокую твердость (бритвы, шаберы, волочильный инструмент, сверла, зубила для насечки напильников) [Кучер А. М. Технология металлов. — Л.: Машиностроение, 1987].

Для изготовления сплавов применяют различные металлы. Самое большое значение среди всех сплавов имеют стали различных составов. Простые конструкционные стали состоят из железа относительно высокой чистоты с небольшими (0,07 – 0,5 %) добавками углерода. Так, чугун, получаемый в доменной печи, содержит около 10 % других металлов, из них примерно 3 % составляет углерод, а остальные — кремний, марганец, сера и фосфор. А легированные стали получают, добавляя к железу кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам, ванадий и молибден.

Бунин К. П. Железоуглеродистые сплавы. — М.: Машгиз, 1949.

Кучер А. М. Технология металлов. — Л.: Машиностроение, 1987.

Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1980.

Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов. — М.: Металлургия, 1979.

Никифоров В. М. Технология металлов и конструкционные материалы. — М.: Высшая школа, 1980.

Читайте также: