В белых чугунах весь углерод находится в связ-м состоянии в виде цемента Fe3C, излом чугунов светлый, белый, отсюда название.
В серых чугунах излом серый, углерод нах-ся в свободном состоянии в виде графита.
Процесс выделения графита из жидкой или твердой фазы наз-ся графитизацией. Он требует длительного времени и идет при очень медленном охлаждении. На процесс графитизации оказывают влияние след факторы: скорость охлаждения, хим состав чугуна и спец присадки, изменяющие форму и размер графических включений. В чугунах всегда имеются примеси кремния, марганца, фосфора, серы, и др. примеси можно разделить на карбидообразующие, кот связывают углерод, цементит и способствует отбеливанию чугуна (марганец, хром, молибден), графитообразующие примеси способствую выделению графита и образованию серого чугуна (кремний, никель, медь). Сера явл-ся вредной примесью, ухудшает жидкотекучесть чугуна, повышает склонность к образованию трещин, поэтому ее содержание ограничивает в обычных чугунах - до 0,12%, в высокопрочных не более 0,03%. Содержание фосфора 0,2-0,3%, он увеличивает жидкотекучесть и повышает износостойкость
5. Маркировка чугунов
Чугун отличается от стали более высоким содержанием углерода, лучшими литейными свойствами, но меньшей пластичностью (он хрупкий). Белые чугуны очень хрупкие, плохо обрабатываются резанием и обычно идут на переплав в сталь или подвергаются отжигу (1000С, выдержка 10-15 часов) для получения ковких чугунов. Серые чугуны хорошо используют для фасонных отливок на заводах (станины, корпуса), хорошо обраб-ся резанием, хорошо работают в условиях трения, гасят вибрации и колебания. Св-ва чугунов зависят от формы графитных включений и стр-ры мет-й основы. Различают серые чугуны: с пластинчатой формой графита, шнуровидной, шаровидной, хлопьевидной. Структура чугунов может быть ферритной, феррито-перлитной и перлитной. Чугуны с перлитной основой явл-ся наиболее прочными. Серые чугуны маркируют буквами СЧ и цифрами (СЧ12-28, где 12-предел прочности при растяжении (12кг силы на мм2); 28-предел прочности при изгибе). Для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в ковш с жидким чугуном вводят модификатор (магний, церрий). Модиф. способствует получению при кристаллизации граффито-шаровидной формы. Маркировка высокопрочных чугунов ВЧ42-12, где 42-предел прочности при растяжении, 12-относительное удлинение в%. Ковкий чугун маркируют КЧ30-6.
6. Маркировка и структура сталей
Сталь - основной материал в машиностроении, приборостроении, строит-ве. Обладает ценным комплексом мех-х, физико-химич-х и технологич. св-в. Стали и сплавы принято классифицировать: по хим. составу, по назначению, по кач-ву, по структуре. По хим. составу: углеродистые, легированные.
Углеродистой наз-ся сталь, св-ва которой опред-ся содержанием углерода. В завис-ти от углерода сталь может быть: низкоуглеродистой (до 0,25%С), среднеуглеродистой (0,25-0,6%С), высокоуглеродистой (больше 0,6%). В сталях всегда присутствуют примеси: кремний, силициум, сера, фосфор, маргангец, О2, Н2, и т.д. Кремний и марганец - полезные примеси, сера и фосфор - вредные примеси. Содерж. S≤0.07%, Р≤0,07%.
Легированной сталью наз-ся такая, в кот. введены спец. эл-ты (легирующие) для получения нужных свойств. В зависимости от содержнания легирующих сталь подразд-т: низколегированную (суммарное содерж. легирующих до 2,5%), среднелегир. (2,5-10%), высоколегир. (больше 10%). По основному легирующему эл-ту стали бывают: хромистые, кремнистые, никелиевые, хромоникелиевые и т.д.
По кач-ву стали подразделяют на сталь обычного кач-ва - содержит до 0,06%S и до 0,07%P; качественная сталь - S=0,035%, Р=0,035%; высококачественные - S,P до 0,025%; особовысококачеств. - S до 0,025, Р до 0,020 и менее. Качество стали опред-ся ее металлургич-м произв-м, содержанием вредных примесей S и Р, содержанием газов.
Стали по назначению классифиц-ся так: инструментальные (примен-ся для обработки резанием, давлением, для измерит-го инстр-та); конструкционные (для изготовления деталей машин, конструкций, в строит-ве и т.д.); стали и сплавы спец-го назначения (нержавеющие, коррозионно-стойкие, износостойкие, жаропрочные, прецизионные и т.д.).
Маркировка легир-х сталей и сплавов, принятая в России состоит из буквы, означ. тот или иной легирующий эл-т и цифры, показ. содерж. этого эл-та, т.е. принята буквенно-цифровая маркировка.
Углеродистые стали обычного кач-ва маркируют Ст и цифрами от 0 до 6, указывающими условный номер марки. Иногда в марке указывают степень раскисленности при выплавке, например Ст15кп.
Качеств. конструкц. сталь отлич-ся от стали обыкновенного кач-ва меньшим содержанием серы и фосфора, но большим - кремния и марганца. Она маркир-ся цифрами, показ-ми содерж. углерода в сотых долях процента. Среди качеств-х конструкц-х сталей выдел.2 особые группы: автоматные и котельные. Авт. отлич-ся повышенной обрабатываемостью резанием и исп-ся для неответств-х деталей массового поизв-ва, изг-х на станках-автоматах (крепежных-шурупы, винты). Маркир-ся стал буквой А и цифрой, показыв. среднее содерж-ие углерода в сотых долях процента: А30. Котельные стали применяют для изг-ия котлов, сосудов, работающих под давление и при t до 450С (камеры сгорания, судовые топки и т.д.). Маркировка - буква К и цифра: 12К - 0,12%С.
Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У и цифрой, показ. содерж. углерода в десятых долях процента. Если сталь качеств., то в конце марки ставится буква А. У12А - 1,2%С. Выпускаются след. марки: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13. Изг-т сверла, метчики, развертки, напильники.
Для маркировки легиров. стали примен-ся буквенно-цифровая сис-ма. Легир. эл-ты, входящие в сталь обозначают первыми буквами их названия: А-азот, Ю-алюминий, У-углерод, Н-никель, Б-необий, Х-хром, Д-медь, Р-бор, В-вольфрам, Ф-ванадий, К-кобальт, С-кремний, М-молибден, Г-марганец, Т-титан. В конструкц-х легир-х сталях первые цифры в марке показ-т содержание углерода в сотых долях %. Если легир-го эл-та содержится до 1,5%, то цифра не ставится, если больше - цифра ставится после буквы.30ХГСА, где 0,3%С, хром-1%, марганец-1%, кремний-1%, А-высококачеств. В инструмент-х легиров. сталях цифра в начале марки указ-т на содерж. С в десятых долях%. Если углерода больше 1%, то цифра в маркировке не ставится.9ХС (0,9%С, 1%хром, 1%кремний), ХВГ (С>1%, хром 1%, вольфрам 1%, марганец 1%).
Некоторые марки стали обознач-ся особо: буква Ш в начале марки означ-т шарикоподшипниковая (исп-ся для изг-ия подшипников качения). Содержание хрома в ней указ-т в десятых долях %. ШХ15 (1,5% хрома, 1%С)
Обозначен. быстрорежущ. сталей, начин. с буквы Р-эти стали обладают уникальн. свойством сохранять высокую твердость при нагреве режущей кромки до 700 ◦Си выше. Цифра после буквы Р обозн. содерж. вольфрама -основного легир. элемента в этих сталях.
Современн. быстрореж. стали содерж.: хром, кобальт, титан, и др. элементы.
Напр.: Р6М5-6%вольфрама, 5%молибдена.
Стали и сплавы разработан. и освоенные на заводе Электросталь имеют след. обозначен.: ЭИ, ЭП, ЭК. и далее порядков. номер справочника завода, стандартов и др.
Напр.: ЭИ-835=Х25Н16Г7АР→ хром 25%, никель16%, марганец7%, азот, бор
Из легир стали с особыми физ. - химич. свойствами отлич. коррозион. - стойкая сталь.
12Х18Н9Т= угрерод0,12%, хром 18%, никель9%, титан 0,8%.
Сталь имеет повышенную сопротивляем. коррозии в различных агрессивн. средах (нерж. сталь).
Особыми свойствами обладает износостойкая марганцов. сталь 110Г13Л=1,1%углерода,13%марганца, Л-литейная. Примен. для желез. дорожн. крестовин, звеньев гусениц, зубьев ковшей эксковаторов, т.е. там, где имеют место высокие ударные нагрузки и износостойк.
7. Основы термич. обраб. (ТО)
Термич. обработкой назыв. процесс обраб. металлов и сплавов путем теплового воздействия с целью изменен. структуры и свойств в необходимом направлен. ТО может быть предварит. и окончательн.
Предварит. ТО - примен. для полуфабрикатов (прокат, слитки) и заготовок для улучшен. структуры, снижен. твердости, улучшен. обрабатываемости.
Окончат. ТО подвергают разнообразные детали и инструмент для получен. необходим. свойств.
Для того, чтобы изменить свойства в результ. термич. обраб. необходимы фазовые и структурные превращен. при нагреве и охлаждении.
Превращен. характериз. определен. критич. температ., кот. показыв. диаграмм. железо-углерод. (р.18)
При нагреве и охлажд. в сталях возм. следующ. превращен.:
1) превр. феррито-цементит. смеси (перлита) в аустенит при нагреве выше 727◦С
2) распад аустенита на фер. - цемент. смесь (перлит) при охлажд. ниже 727◦С
3) превр. аустенита в мартенсит при быстром охлажд. (закалка стали)
4) превр. мартенсита в фер. - цемент. смесь при отпуске закален. стали
5) в случае высоколегир. хромоникелев. сталей при нагреве имеет место обратное мартенситн. превращен. (т.е. мартенсита в аустенит).
Большое практич. значен. при термич. обраб. имеет скорость охлажден. аустенита.
Если скорость охлажден. небольшая, то образ. фер. - цемент. смесь (перлит), если скорость охлажд. увеличить, то образ. структуры, кот. получили название сорбит и тростит.
Перлит, сорбит и тростит отлич. друг от друга толщиной феррит. и цементитн. пластин. Напр. В тростите - пластинки феррита и цемент. настолько тонкие, что их можно рассмотр. только под электронным микроскоп.
Мартенсит образуется при очень быстром охлажд. аустенита.
Основн. видами терм. обраб. явл.:
1) отжиг,
2) нормализация,
3) закалка,
4) химико-термич. Обраб. (ХТО)
Они отлич. друг от друга темпер. нагрева, длит. выдержки и скоростью охлажден.
Отжиг - процесс термич. обраб. при кот. металл нагревают выше или ниже критич. темпер. (727-911◦С). Выдерживают при этих темпер. и медленно охлажд. (как правило вместе с печью). Отжиг проводят для снятия напряжен., получен. равновесн. структуры и для выравнивания по хим. составу.
Имеют место след. разновидн. отжига:
диффузионный (t 1200◦С)
полный
неполный