какие стали называются доэвтектоидными

доэвтектоидная сталь

Полезное

Смотреть что такое «доэвтектоидная сталь» в других словарях:

ДОЭВТЕКТОИДНАЯ СТАЛЬ — смотри Структурные классы легированных сталей … Металлургический словарь

сталь Гадфильда — [Hadfield steel] высокомарганцовистая аустенитная сталь, содержащая 0,9 1,3 % С и 11 14 % Mn (типа 110Г13); разработана немецким инженером Гадфильдом в 1883 г. Сталь Гадфильда при низкой твердости обладает необычно высокой износостойкостью при… … Энциклопедический словарь по металлургии

Сталь — [steel] 1. Сплав железа с углеродом, содержащий от 0,025 до 2,14 % С, постянные примеси, а также легирующие элементы. 2. Вид продукции металлургического производства в ЧМ (Смотри также Прокат). Сталь классифицируется в национальных стандартах и… … Энциклопедический словарь по металлургии

сталь для холодного выдавливания и высадки — [cold heading steel] горячекатаная калибровонная сталь круглого или шестигранного сечения, а также круглая сталь со специальной отделкой поверхности, предназначенная для изготовления изделий методом холодного выдавливания и высадки, для которой… … Энциклопедический словарь по металлургии

сталь для железнодорожного транспорта — [railway steel] конструкционная углеродная и низколегированная сталь, используемая при строительстве наземных железнодорожных путей (рельсы, стрелки, рельсовые скрепления и др.) и подвижного железнодорожного состава (колеса, бандажи, оси и др.).… … Энциклопедический словарь по металлургии

теплоустойчивая сталь — [creep resistant steel] конструкционная, низкоуглеродистая легированная сталь для изготовления деталей, длительно работающих в нагруженном состоянии при … Энциклопедический словарь по металлургии

строительная сталь — [building steel] конструкционная низкоуглеродистая нелегированная и низколегированная сталь, применяемая для строительства металлических конструкций со сварными и другими соединениями. Прокат из строительной стали классифициурется по от на 10 кл … Энциклопедический словарь по металлургии

специальная сталь — [special] сталь для изготовления каких либо специальных изделий или деталей (в зависимости от стали общего назначения). Специальная сталь может быть как углеродистой, так и легированной (термин «специальная сталь» часто неправильно… … Энциклопедический словарь по металлургии

рессорно-пружинная сталь — [spring steel] конструкционная качественная сталь преимущественно перлитного класса для изготовления упругих элементов (пружин, рессор, мембран, сильфонов и др.); характеризуется после упрочнения в результате мартенситного превращения и(или)… … Энциклопедический словарь по металлургии

полуспокойная сталь — [semi killed steel] сталь, полученная при раскислении жидкого металла (обычно Mn и Al) менее полно, чем при выплавке спокойной стали, но большем, чем при выплавке кипящей стали; в изложнице такая сталь не «кипит», но происходит рост головной… … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник

Доэвтектоидные стали

Отжиг первого рода (І-го рода)

Отжиг І рода – термическая операция, состоящая в нагреве металла в неустойчивом состоянии, полученном предшествующими обработками, для приведения металла в более устойчивое состояние. Этот вид отжига может включать в себя процессы гомогенизации, рекристаллизации, снижения твердости и снятия остаточных напряжений. Особенность этого вида отжига в том, что указанные процессы протекают независимо от того происходят ли фазовые превращения при термообработке или нет. Различают гомогенизационный (диффузионный), рекристаллизационный отжиг и отжиг, уменьшающий напряжения и снижающий твердость.

Гомогенизационный отжиг

Гомогенизационный отжиг – это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной и внутрикристаллитной ликвации в слитках сталей. Ликвация повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкости, анизотропии свойств и таким дефектам, как шиферность (слоистый излом) и флокены. Устранение ликвации достигается за счет диффузионных процессов. Для обеспечения высокой скорости диффузии сталь нагревают до высоких (1000–1200 °С) температур в аустенитной области. При этих температурах делается длительная (10–20 час.) выдержка и медленное охлаждение с печью. Диффузионные процессы наиболее активно протекают в начале выдержки. Поэтому во избежание большого количества окалины, охлаждение с печью обычно проводят до температуры 800 — 820°С, а далее на воздухе. При гомогенизационном отжиге вырастает крупное аустенитное зерно. Избавиться от этого нежелательного явления можно последующей обработкой давлением или термической обработкой с полной перекристаллизацией сплава. Выравнивание состава стали при гомогенизационном отжиге положительно сказывается на механических свойствах, особенно пластичности.

Рекристаллизационный отжиг стали

Рекристаллизационный отжиг, применяемый для сталей после холодной обработки давлением, – это термическая обработка деформированного металла или сплава. Может применять как окончательная, так и промежуточная операция между операциями холодного деформирования. Главным процессом этого вида отжига являются возврат и рекристаллизация соответственно. Возвратом называют все изменения в тонкой структуре, которые не сопровождаются изменениями микроструктуры деформированного металла (размер и форма зерен не изменяется). Возврат сталей происходит при относительно низких (300–400°С) температурах. При этом процессе наблюдается восстановление искажений кристаллической решетки.

Рекристаллизацией называют зарождение и рост новых зерен с меньшим количеством дефектов кристаллического строения. В результате рекристаллизации образуются совершенно новые, чаще всего равноосные кристаллы. Между температурным порогом рекристаллизации и температурой плавления имеется простое соотношение: ТР ≈ (0,3–0,4)ТПЛ., что составляет для углеродистых сталей 670–700°С.

Отжиг для снятия напряжений

Отжиг для снятия напряжений – это термическая обработка, при которой главным процессом является полная или частичная релаксация остаточных напряжений. Такие напряжения возникают при обработке давлением или резанием, литье, сварке, шлифовании и других технологических процессах. Внутренние напряжения сохраняются в деталях после окончания технологического процесса и называются остаточными. Избавиться от нежелательных напряжений можно путем нагрева сталей от 150 до 650°С в зависимости от марки стали и способа предыдущей обработки.

Высокий отжиг стали

Эта операция часто называется высоким отпуском. После горячей пластической деформации сталь имеет мелкое зерно и удовлетворительную микроструктуру. Такое состояние сталь получает при ускоренном охлаждении после пластической деформации. Однако в структуре могут быть составляющие: мартенсит, бейнит, троостит и т. д. Твердость металла при этом может быть достаточна высока. Для повышения пластичности и соответственно снижения твердости делается высокий отжиг. Его температура ниже критической Ас1 и зависит от требований к металлу для следующей операции обработки.

Структура углеродистых сталей

Сталями называется сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 % до 2,14 % углерода. При содержании углерода до 0,006 % сплавы однофазные и имеют структуру феррита, например, электролитическое железо.

Сплавы, содержащие от 0,006 % до 0,02 % углерода называются техническим железом (рисунок 4.7).

Увеличение содержания углерода вследствие его незначительной растворимости в феррите вызывает появление второй фазы — цементита третичного. При содержании углерода до 0,025 % структурно свободный цементит выделяется, главным образом, по границам зерен феррита. Это существенно понижает пластичность и вязкость стали, особенно, если цементит распола-

гается цепочками или образует сетку вокруг зерен феррита.

При увеличении содержания углерода выше 0,025 % в структуре стали образуется перлит; одновременно еще до 0,10 — 0,15 % С в стали появляются включения структурно свободного (третичного) цементита. С дальнейшим повышением содержания углерода третичный цементит входит в состав перлита.

За превращениями, протекающими в сталях в процессе их нагрева и охлаждения, можно проследить, пользуясь левой частью диаграммы состояния (рисунок 4.6).

По микроструктуре стали делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные (рисунки 4.8, 4.9, 4.10). Стали с содержанием углерода от 0,02 до 0,8 % называют доэвтектоидными; с содержанием 0,8 % углерода – эвтектоидными; с содержанием от 0,8 % до 2,14 % – заэвтектоидными.

Как следует из диаграммы Fe-Fe3C, при комнатной температуре в равновесном состоянии микроструктура доэвтектоидной стали состоит из феррита и перлита (рисунок 4.8). Количественное соотношение между структурными составляющими (Ф и П) в доэвтектоидных сталях определяется содержанием углерода. Чем ближе содержание углерода к эвтектоидной концентрации, тем больше в структуре перлита.

Микроструктура эвтектоидной стали (0,8 % С) состоит только из перлита (рисунок 4.9). Образуется из аустенита при охлаждении стали У8 (линия PSK). Строение перлита вследствие его значительной дисперсности (мелкозернистости) может быть детально различимо только при сравнительно больших увеличениях (×600).

Микроструктура заэвтектоидной стали (рисунок 4.10) состоит из перлита и вторичного цементита. Образуется у стали У9-У13 из аустенита при охлаждении. Сетка цементита начинает образовываться на линии ES, перлит – на линии PSK. Максимальное количество структурно свободного цементита (

20 %) будет в сплаве с содержанием углерода 2,14 %.

также светлую окраску, необходимо шлиф, протравленный 4 %-ным раство-

ром азотной кислоты, заново перешлифовать, переполировать и заново про-

травить раствором пикрата натрия, который окрашивает цементит в темный

По микроструктуре доэвтектоидной стали можно приблизительно определить содержание в ней углерода, для чего нужно ориентировочно определить площадь (в процентах), занимаемую перлитом, в связи с тем, что в феррите растворено очень небольшое количество углерода, практически можно считать, что в доэвтектоидной стали весь углерод находится в перлите.

где С – концентрация углерода в сплаве, в процентах;

П S — видимая часть площади микроструктуры, занимаемая перлитом

По количественному соотношению перлита и феррита, согласно ГОСТ 8233-56 Сталь. Эталоны микроструктуры, ферритно-перлитные структуры классифицируются по десятибальной шкале (таблица 4.1). Оценка производится визуально при 100-кратном увеличении по средней площади, занимаемой перлитом на микрошлифе.

Зависимость механических свойств углеродистых сталей от

Содержания углерода

Изменение содержания углерода вызывает изменения в структуре стали, что, в свою очередь, оказывает определяющее влияние на свойства стали.

В соответствии с диаграммой состояния структура стали в равновесном состоянии представляет собой смесь феррита и цементита, причем количество цементита увеличивается пропорционально содержанию углерода. Феррит малопрочен и пластичен, цементит твёрд и хрупок. Поэтому увеличение цементита приводит к повышению твердости, прочности и снижению пластичности.

оказывает вторичный цементит, образующий хрупкий каркас вокруг зерен

перлита. Под нагрузкой этот каркас преждевременно разрушается, вызывая

снижение прочности, пластичности. Из-за этого заэвтектоидные стали при-

меняют после специального отжига со структурой зернистого перлита, отли-

чающегося от пластинчатого перлита меньшей твердостью и большей пла-

Углерод изменяет технологические свойства стали: обрабатываемость резанием, давлением, свариваемость. Увеличение содержания углерода ведет к снижению обрабатываемости резанием. Лучшей обрабатываемостью резанием обладают стали с содержанием 0,3 — 0,4 % С.

С увеличением содержания углерода снижается технологическая пластичность – способность деформироваться в горячем и, особенно, в холодном состоянии. Для сложной холодной штамповки содержание углерода ограничивается 0,1 %.

Углерод затрудняет свариваемость сталей. Хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали. Для иллюстрации на рисунке 4.11 приведен график зависимости механических свойств стали от содержания углерода.

Классификация и маркировка углеродистых сталей

Углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые до 0,25 % C, среднеуглеродистые (0,3 — 0,6 % C), высокоуглеродистые (более 0,6 % С). По применению углеродистые стали подразделяются на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали классифицируют на стали обык-

новенного качества и качественные.

Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества обозначается буквами Ст, после которых стоит цифра от 0 до 6, обозначающая но-

мер марки стали (с увеличением номера возрастает содержание углерода),

например: Ст1, Ст2, …, Ст6. Чем больше номер, тем выше прочность и твер-

дость, но ниже пластичность (таблица 4.2). Наиболее пластичные и наименее

твердые — Ст0, Ст1, Ст2 — идут на изготовление кровельных листов, крепеж-

ных изделий; наиболее твердая и прочная сталь этой группы — Ст6 применя-

ется, например, в производстве рельсов, рессор. Стали обыкновенного каче-

ства выпускают в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, швеллеры и

Углеродистые качественные стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества содержанием вредных примесей и неме-

Качественную сталь маркируют двузначным числом, обозначающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Низкоуглеродистую сталь марок 08, 10, 15, 20, 25 применяют для изготовления метизов и деталей, от которых не требуется высокой прочности. Среднеуглеродистые стали 30, 35, …, 55 отличаются большей прочностью, меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Высокоуглеродистые стали марок 60, 65, …, 85 имеют большую твердость и прочность и применяются для изготовления ответст-

венных деталей машин.

Качественные инструментальные стали маркируют буквой У и цифрой, указывающей на содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8 и т.д. Высококачественные инструментальные стали маркируют так же, как и

качественные, но в конце марки ставят букву А: У7А, У8А — У12А.

Порядок выполнения работы

4.8.1 Изучите по диаграмме состояния Fe – Fe3C превращения, проис-

ходящие в железоуглеродистых сплавах при охлаждении.

4.8.2 Ознакомьтесь со структурными составляющими железоуглероди-

стых сплавов. Найдите на диаграмме состояния области существования этих

4.8.3 Получите у лаборанта микрошлифы образцов различных сталей. С помощью металлографического микроскопа изучите структурные

составляющие железоуглеродистых сплавов. Определите вид сплава: сталь

(доэвтектоидная, эвтектоидная, заэвтектоидная).

4.8.4 Зарисуйте все просмотренные структуры с указанием фазовых и

структурных составляющих. Микроструктуры зарисовать в квадратах разме-

ром 50 × 50 мм. Основное при зарисовке микроструктуры – уловить харак-

терные особенности микроструктуры и передать их на рисунке. Нет надобно-

сти передавать на рисунке фотографически точное изображение. Фазы и

структурные составляющие указывать стрелками, на полях писать их наиме-

Содержание отчета

4.9.2 Краткое описание структурных составляющих железоуглероди-

4.9.3 Рисунок диаграммы состояния Fe – Fe3C.

4.9.4 Схемы и описание микроструктуры сталей и чугунов.

4.9.5 Выводы по работе. В выводах указывается влияние содержания

углерода на структуру и механические свойства; влияние формы графитовых

включений и структуры металлической основы на свойства чугунов.

4.10 Контрольные вопросы

4.10.1 Какие железоуглеродистые сплавы относятся к техническому

железу, сталям и чугунам?

4.10.2 Каковы фазовые и структурные составляющие системы Fe-C?

Характеристика структурных составляющих.

4.10.3 Какая из структур железоуглеродистых сплавов является меха-

нической смесью феррита и цементита?

4.10.4 Что такое ледебурит?

4.10.5 Как классифицируют по структуре стали и чугуны?

Приложение А

Приобретение навыков работы с диаграммой состояния железо-углерод

Сплав содержит 0,7 % углерода. Заданная температура 600 °С.

Лабораторная работа № 5

Упражнения по диаграмме железо-углерод *)

Цель работы

Приобретение навыков работы с диаграммами состояния на примере

Общие сведения

Диаграммы состояния представляют собой графическое изображение состояния сплавов. Свойства сплавов определяются, прежде всего, составом фаз и их количественным соотношением. Сведения о составе и соотношении фазовых составляющих можно получить, анализируя диаграмму состояния. Зная диаграмму состояния, можно представить полную картину кри-

сталлизации любого сплава, формирования его структуры. Диаграмма со-

стояния позволяет оценить свойства сплавов, найти оптимальные параметры

таких технологических процессов как литье, термическая и химико-

термическая обработка, сделать заключение о возможности обработки давле-

Порядок выполнения работы

5.3.1 Получите у преподавателя задание на выполнение работы (на пер-

вом этапе — концентрацию углерода в сплаве, на втором – температуру спла-

5.3.2 Опишите процесс кристаллизации сплава заданного состава (этап

первый). В процессе работы заполните таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Фазовый и структурный состав сплава в температурных

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? — задался я вопросом…

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем…

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между…

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот…

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Отжиг второго рода (ΙΙ-го рода)

Отжиг ΙΙ рода основан на использовании фазовых превращений сплавов и состоит в нагреве выше температуры превращения с последующим медленным охлаждением для получения устойчивого структурного состояния сплавов.

Полный отжиг

Полный отжиг производится для доэвтектоидных сталей. Для этого стальную деталь нагревают выше критической точки А3 на 30–50°С и после прогрева проводят медленное охлаждение. Как правило, детали охлаждают вместе с печью со скоростью 30–100°С/час. Структура доэвтектоидной стали после отжига состоит из избыточного феррита и перлита.

Чтение диаграммы железо-углерод

Состав сплава с данным исходным содержанием углерода при заданной температуре мы можем увидеть, двигаясь по вертикальной линии, соответствующей содержанию углерода в сплаве.

Рассмотрим, например, область AEC. С ней соседствуют области аустенита AESG и жидкой фазы. Сплавы в ней состоят из жидкой фазы и образующегося твердого аустенита. Как определить концентрацию углерода в разных фазах для данного сплава? Рассмотрим для примера сплав с исходной концентрацией углерода 2,5% при температуре 1250°С.

Проведем из этой точки графика «2,5% C – 1250°С» горизонтальную прямую. Пересечение этой прямой с линией AE, граничащей с областью аустенита, покажет концентрацию углерода в аустените при данной температуре (

Пересечение этой же горизонтальной прямой с линией AС, граничащей с областью жидкой фазы, покажет концентрацию углерода в жидкой фазе при данной температуре (

Именно таким образом мы можем определить концентрацию углерода в фазах любого сплава при заданной температуре:

Как видим, при концентрации углерода выше 2,14% насыщение охлаждаемого расплава углеродом всегда стремится к 4,3% (по линиям AC и DC) по мере приближения к температуре 1147°С (уровень ECF). Далее происходит превращение жидкости в ледебурит (эвтектику). Естественно, с этим же средним содержанием углерода.

По мере приближения к температуре 727°С (уровень PSK) концентрация углерода в аустените («свободном» и/или входящем в состав ледебурита) стремится к 0,8% (по линиям GS и ES). Далее происходит превращение аустенита в перлит (эвтектоид). Перлит, конечно, имеет среднее содержанием углерода 0,8%.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Классификация железоуглеродистых сплавов в зависимости от концентрации углерода в сплаве:

Источник

Стали доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные,

Использование углеродистых сталей широко распространено в строительстве и промышленности. Группа так называемого технического железа имеет множество преимуществ, обуславливающих повышенные эксплуатационные качества конечных изделий и конструкций. Наряду с оптимальными характеристиками прочности и стойкости к нагрузкам, такие сплавы отличаются и гибкими динамическими свойствами. В частности, доэвтектоидная сталь, которая также имеет в составе немалый процент углеродистых смесей, ценится за высокую пластичность. Но и это не все преимущества данной разновидности высокопрочного железа.

Общие сведения о сплаве

Отличительным свойством стали является наличие в структуре специальных легированных примесей и углерода. Собственно, по содержанию углерода и определяют доэвтектоидный сплав. Здесь важно различать и классическую эвтектоидную, а также ледебуритную стали, которые имеют много общего с описываемой разновидностью технического железа. Если рассматривать структурный класс стали, то доэвтектоидный сплав будет относиться к эвтектоидам, но содержащим в составе легированные ферриты и перлиты. Принципиальным отличием от заэвтектоиднов является уровень углерода, находящийся ниже 0,8%. Превышение этого показателя позволяет относить сталь к полноценным эвтектоидам. В некотором роде противоположностью доэвтектоида является заэвтектоидная сталь, в которой помимо перлита также содержатся вторичные примеси карбидов. Таким образом, существует два основных фактора, позволяющих выделять доэвтектоидные сплавы из общей группы эвтектоидов. Во-первых, это относительно небольшое содержание углерода, а во-вторых, это особый набор примесей, основу которых составляет феррит.

Стали доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные,

Их структура

Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита. Микроструктуры сталей представлены на рис. 3.1.

По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на:

— доэвтектоидные (0,02% Читайте также: Виды механизированных способов резки и рубки металлов

Чугун отличается от стали: по составу

– более высокое содержание углерода и примесей;
по технологическим свойствам
– более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.

способствуют графитизации, марганец затрудняет графитизацию и способствует отбеливанию чугуна.

способствует отбеливанию чугуна и ухудшает литейные свойства, ее содержание ограничено –
0,08…0,12 %
.

на процесс графитизации не влияет, но улучшает жидкотекучесть, Фосфор является в чугунах полезной примесью, его содержание –
0,3…0,8 %.
Положительные стороны наличия графита:

· графит улучшает обрабатываемость резанием, так как образуется ломкая стружка;

· чугун имеет лучшие антифрикционные свойства, по сравнению со сталью, так как наличие графита обеспечивает дополнительную смазку поверхностей трения;

· из-за микропустот, заполненных графитом, чугун хорошо гасит вибрации и имеет повышенную циклическую вязкость;

· детали из чугуна не чувствительны к внешним концентраторам напряжений (выточки, отверстия, переходы в сечениях);

· чугун значительно дешевле стали;

· производство изделий из чугуна литьем дешевле изготовления изделий из стальных заготовок обработкой резанием, а также литьем и обработкой давлением с последующей механической обработкой.

Контрольные вопросы

1. Чем чугун отличается от стали по составу?

2. Чем чугун отличается от стали по технологическим свойствам?

3. Как наличие углерода и кремния влияет на свойства чугуна?

4. Как наличие сера влияет на свойства чугуна?

5. Как наличие фосфора влияет на свойства чугуна?

6. Назовите положительные стороны наличия графита.

3.4. Виды чугунов. Бе­лый и серый чугуны. Применение белых и серых чугунов

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

· белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;

· серый чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 %

углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;

· половинчатый – часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 %

углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.

Наиболее широкое распространение получили чугуны с содержанием углерода 2,4…3,8%

. Чем выше содержание углерода, тем больше образуется графита и тем ниже его механические свойства, следовательно, количество углерода не должно превышать
3,8 %
. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) углерода должно быть не менее
2,4 %
.

Влияние формы графита на механические свойства чугунов.

Графитовые включения можно рассматривать как соответствующей формы пустоты в структуре чугуна. Около таких дефектов при нагружении концентрируются напряжения, значение которых тем больше, чем острее дефект. Отсюда следует, что графитовые включения пластинчатой формы в максимальной мере разупрочняют металл. Более благоприятна хлопьевидная форма, а оптимальной является шаровидная форма графита. Пластичность зависит от формы таким же образом. Относительное удлинение ( ) дпя серых чугунов составляет 0,5 %

, для ковких – до
10 %
, для высокопрочных – до
15%
.

Наличие графита наиболее резко снижает сопротивление при жестких способах нагружения: удар; разрыв. Сопротивление сжатию снижается мало.

Белый чугун — вид чугуна, в котором углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. В структуре такого чугуна отсутствуют видимые включения графита и лишь незначительная его часть (0,03-0,30%) обнаруживается тонкими методами химического анализа или визуально при больших увеличениях. Основная металлическая масса белого чугуна состоит из цементитной эвтектики, вторичного и эвтектоидного цементита, а легированного белого чугуна — из сложных карбидов и легированного феррита. Классифицируется:

— передельный чугун — П1, П2;

— передельный чугун для отливок — ПЛ1, ПЛ2,

— передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3,

— передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;

Серый чугун. Структура не оказывает влияние на пластичность, она остается чрезвычайно низкой. Но оказывает влияние на твердость. Механическая прочность в основном определяется количеством, формой и размерами включений графита. Мелкие, завихренной формы чешуйки графита меньше снижают прочность. Такая форма достигается путем модифицирования. В качестве модификаторов применяют алюминий, силикокальций, ферросилиций.

Серый чугун широко применяется в машиностроении, так как легко обрабатывается и обладает хорошими свойствами.

В зависимости от прочности серый чугун подразделяют на 10 марок.

Серые чугуны при малом сопротивлении растяжению имеют достаточно высокое сопротивление сжатию.

Серые чугуны содержат углерода – 3,2…3,5 %

; кремния –
1,9…2,5 %
; марганца –
0,5…0,8 %
; фосфора –
0,1…0,3 %
; серы –
Читайте также: Изготовление и облицовка столешниц жидким гранитом

от массы отливки). По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.

Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов — обратное.

Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести, достаточно высокой ударной вязкостью и усталостной прочностью. Из-за высокого модуля упругости достаточно высокая обрабатываемость резанием. Обладают удовлетворительной свариваемостью. Литейные напряжения в отливках несколько выше, чем для серого чугуна.

Высокопрочные чугуны содержат: углерода – 3,2…3,8 %,

Отливки коленчатых валов массой до 2..3

т, взамен кованых валов из стали, обладают более высокой циклической вязкостью, малочувствительны к внешним концентраторам напряжения, обладают лучшими антифрикционными свойствами и значительно дешевле.

Обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на ВЧ 100.

Контрольные вопросы

1. Назовите классификацию высокопрочных чугунов.

2. Назовите область применения высокопрочных чугунов.

3. Как маркируются высокопрочные чугуны?

Технология изготовления

Общий технологический процесс изготовления доэвтектоидной стали схож с производством других сплавов. То есть используются примерно те же технические приемы, но в других конфигурациях. Особого внимания доэвтектоидная сталь требует в части получения ее специфической структуры. Для этого задействуется технология обеспечения распада аустенита на фоне охлаждения. В свою очередь, аустенит является комбинированной смесью, включающей тот же феррит и перлит. Посредством регуляции интенсивности нагрева и охлаждения технологи могут управлять дисперсностью данной добавки, что в конечном итоге сказывается на формировании тех или иных эксплуатационных качеств материала.

Однако показатель углерода, обеспечиваемого перлитом, остается на одном уровне. Хотя последующий отжиг может вносить коррективы в формирование микроструктуры, содержание углерода будет находиться в пределах 0,8%. Обязательным этапом в процессе становления структуры стали является и нормализация. Данная процедура требуется для фракционной оптимизации зерен того же аустенита. Иными словами, частицы феррита и перлита сокращаются до оптимальных размеров, что в дальнейшем улучшает технико-физические показатели стали. Это сложный процесс, в котором многое зависит от качества регуляции нагрева. Если превысить температурный режим, то вполне может быть обеспечен обратный эффект – увеличение зерен аустенита.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Различные комбинации этих элементов приводят к получению большого количества сплавов, которые можно разделить на три большие группы:

К техническому железу относят материалы, в которых содержится менее 0,02% углерода. К сталям относят, материалы, в которых углерод находится в пределах от 0,02 до 2,14%. И в группу чугунов входят материалы, количество углерода в которых превышает 2,14%.

Отжиг стали

Практикуется использование нескольких методов отжига. Принципиально различаются техники полного и неполного отжига. В первом случае происходит интенсивный нагрев аустенита до критической температуры, после чего осуществляется нормализация посредством охлаждения. Тут же происходит распад аустенита. Как правило, полный отжиг сталей производится в режиме 700-800 °С. Термическая обработка на таком уровне как раз активизирует процессы распада элементов феррита. Скорость охлаждения тоже поддается регулировке, например, обслуживающий печь персонал может управлять дверцей камеры, закрывая или открывая ее. Новейшие модели изотермических печей в автоматическом режиме могут осуществлять замедленное охлаждение в соответствии с заданной программой.

Что касается неполного отжига, то он производится при нагреве с температурой выше 800 °С. Однако имеют место серьезные ограничения по времени удержания критического температурного воздействия. По этой причине происходит неполный отжиг, в результате которого феррит не исчезает. Следовательно, не устраняется и множество недостатков структуры будущего материала. Зачем же нужен такой отжиг сталей, если он не улучшает физические качества? На самом деле именно неполная термическая обработка позволяет сохранить мягкую структуру. Конечный материал, возможно, потребуется не в каждой сфере применения, характерной для углеродистых сталей как таковых, но зато позволит с легкостью произвести механическую обработку. Мягкий доэвтектоидный сплав без особых затруднений поддается резке и дешевле обходится в процессе изготовления.

ГОСТ, характеристики, свойства и применение

Чистое железо характеризуется ограниченным перечнем свойств и как основной металл не представляет большого интереса. Но сплавы на его основе обладают колоссальными возможностями, нужно только определить химический состав и сделать правильную термическую обработку.

Самые распространенные конструкционные стали

Все стали на основе железа относятся к черной металлургии и имеют многочисленную классификацию. Она производится по различным параметрам: по химическому составу, назначению, содержанию вредных элементов, прочности и ударной вязкости, гибкости и многим другим. Конструкционные — стали самые распространенные в применении. Некоторые из них обладают универсальными свойствами и взаимозаменяемостью.

Конструкционная сталь 20 относится к среднеуглеродистому классу, имеет феррито-перлитную структуру. Сталь качественная, т. е. имеет сниженное содержание вредных элементов: серы и фосфора. Без ограничений по свариваемости. Оптимальное сочетание прочности и пластичности делает ее просто универсальным материалом для производства трубного проката, деталей, подвергаемых последующей термомеханической и термохимической обработке (цементированию, оцинкованию и хромированию).

Двадцатка нашла свое применение

Сталь 20, свойства которой могут изменяться в больших пределах с помощью химико-термической, термомеханической обработки, наиболее востребована в трубном производстве при изготовлении деталей с твердой поверхностью и мягкой серединой. Это могут быть валы, звездочки, передачи, болты, крюки кранов, арматура, листы для штампования (профнастил), гайки и болты для неответственного крепления. Изготавливаемые трубы из такой марки стали применяют для передачи газов, пара, неагрессивных жидкостей, подающихся под давлением. Это трубы перегревателей, трубопроводов, котлов высокого давления и коллекторов.

Изменение структуры термохимической обработкой

Одна и та же марка может менять свои характеристики с помощью термической обработки. Марка стали 20 обладает хорошими пластическими характеристиками, поэтому изделия из нее получают несколькими методами: отливкой, холодным или горячим прокатом или волочением. После получения деталей методом отливок к ним может применяться химико-термическая обработка. Цель этой процедуры – получить твердый износостойкий слой, не поддающийся коррозии, и пластичную мягкую середину.

Для этого готовая деталь помещается в соответствующую среду (обкладывается сухим углеродосодержащим веществом, помещается в газообразную или жидкую среду), после чего выдерживается от нескольких часов до 1,5 суток при высокой температуре. Механическая обработка деталей к этому моменту должна быть закончена, так как после термохимической обработки изделие будет иметь уже окончательную структуру. Элемент насыщает верхний слой изделия (от 0,3 до 3,0 мм), соответственно улучшая его структуру и свойства.

В зависимости от применяемого вещества обработка называется: цианированием (покрытие цинком), цементацией (углеродом), хромированием (хромом). Углерод придает прочность, цинк — коррозионную стойкость, хром, вдобавок ко всему перечисленному, делает поверхность зеркальной.

Изменение структуры механической обработкой

В отличие от предыдущего метода обработки, который проводится исключительно для придания твердости в верхнем слое металла и гибкости во внутреннем, термомеханическая обработка – это один из методов придания формы. Сталь 20 может быть деформирована как горячим, так и холодным способом. В каждом виде есть свои преимущества и недостатки. Но используются они исходя из наиболее нужных свойств.

Горячее деформирование применяется к изделиям, имеющим толщину стенки более 5 мм. Так как при нагревании металла образуется окалина и обезуглероженный микрослой (нежелательная структура), то применять этот вид прокатки для тонкостенных деталей нецелесообразно. Однако он имеет одно большое преимущество перед холодной деформацией.

Холодное деформирование применяется к деталям, имеющим толщину менее 5 мм. Для холодного волочения подходят только «мягкие» виды стали. Во время прокатки металл испытывает значительные деформации, или наклеп. Это приводит к увеличению его прочности и наличию больших напряжений в структуре. Такой металл из-за его тонких стенок нельзя нагреть (провести отпуск, т. е. восстановить прежнюю структуру). Он более подвержен разрушению при ударах и других динамических нагрузках. Конструкционная стальная труба (сталь 20) различается методами изготовления и получаемыми техническими характеристиками, влияющими на применение. Для производства каждого вида трубы существуют свои ГОСТы, нормы, оборудование.

Холоднокатаные трубы с прямым швом

Процесс производства начинается с подготовки стальной полосы. Для этого листы стали режутся в полосы и свариваются в одну длинную ленту. Подается лента на гибочные валки, где и принимает форму трубы. Следующий этап – сварка. Для любой конструкции это самое слабое место. Устранить недостатки, которые возникают при сварке (появление оксидов и выгорание углерода), полностью невозможно, но, используя некоторые приемы, их можно снизить. Чтобы соединить сталь 20, используется электродуговая сварка в защитной среде инертного газа (аргона) или же индукционная сварка (токами высокой частоты). Труба проходит обязательный контроль сварного шва, после чего режется на детали нужной длины и складируется.

Холоднотянутые трубы со спиралевидным швом

Подготовка стали для производства этого вида трубы повторяет тот же процесс, как и для труб с прямым видом шва. Также идентичны: сварка, контроль и обрезка. Отличается только угол сворачивания ленты, при котором последующий шов огибает трубу по спиралевидной кривой. В силу своей конструктивной особенности этот метод наиболее прочный. И выдерживает большие нагрузки на разрыв, чем данные изделия с прямым швом.

Бесшовные трубы

Бесшовные трубы особо прочные, обладают несколькими достоинствами: у них нет сварных (слабых мест), в структуре стали отсутствуют какие-либо напряжения, толщина труб составляет не менее 5 мм. Их производство — более сложный процесс, поэтому и дорогостоящий. Сталь 20 уникальна тем, что трубы могут изготавливаться двумя способами — холодным и горячим волочением.

Горячекатаные бесшовные

После разогрева свыше 1100ºС заготовка прошивается гильзой и образует внутренний диаметр. По мере дальнейшего волочения труба принимает заданные размеры внутреннего, наружного диаметра и толщины стенки. В течение всего технологического процесса температура прокатываемой заготовки остается высокой. И только после принятия окончательной формы туба охлаждается. Во время длительного охлаждения происходит отпуск, убираются все негативные последствия проката, повышенная прочность и хрупкость. При полном охлаждении приобретает сталь 20 характеристики, которые имелись изначально. Этот технологический процесс предполагает изготовление только труб со стенами не менее 5 мм, а максимальная толщина может достигать 75 мм.

Холоднотянутые бесшовные

В отличие от предыдущего метода, в этом соблюдается небольшой температурный нюанс. Заготовка нагревается, но после первичной прошивки гильзой температура не поддерживается, и заготовка вытягивается в холодном состоянии. Этот метод отличается от горячекатаного тем, что можно изготавливать прочные трубы с тонкими стенками, тогда как при горячекатаном методе предусматриваются только толстые стенки. Для конечной структуры эти два метода идентичны, так как после холодной прокатки трубы подвергаются нормализации, при которой частично восстанавливается структура, и уходят напряжения.

Это далеко не весь перечень изделий, в основу которых ложится сталь 20 ГОСТ 1050-74. Увеличиваются потребности населения, появляются новые идеи и производства. Но эта марка только меняет форму и назначение, оставляя за собой право на существование.

Нормализация сплава

После обжига наступает черед процедур повышенной термической обработки. Выделяют операции нормализации и нагрева. В обоих случаях речь идет о термическом воздействии на заготовку, при которой температура может превышать 1000 °С. Но сама по себе нормализация доэвтектоидных сталей происходит уже после завершения термической обработки. На этом этапе начинается охлаждение в условиях спокойного воздуха, при котором происходит выдержка до полного формирования мелкозернистого аустенита. То есть нагрев является своего рода подготовительной операцией перед приведением сплава в нормализованное состояние. Если говорить о конкретных структурных изменениях, то чаще всего они выражаются в уменьшении размеров феррита и перлита, а также в повышении их твердости. Прочностные качества частиц повышаются в показателях по сравнению с аналогичными характеристиками, достигаемыми процедурами отжигов.

После нормализации может последовать еще одна процедура нагрева с долгой выдержкой. Затем заготовка охлаждается, причем этот этап может выполняться разными способами. Конечная доэвтектоидная сталь получается или на воздухе или в печи с медленным охлаждением. Как показывает практика, наиболее качественный сплав формируется с помощью проведения полной технологии нормализации.

Влияние температуры на структуру сплава

Вмешательство температуры в процесс формирования структуры стали начинается с момента превращения ферритно-цементитной массы в аустенит. Иными словами, перлит переходит в состояние функциональной смеси, которая отчасти и становится базой для образования высокопрочной стали. На следующем этапе термического воздействия закаленная сталь избавляется от избыточного феррита. Как уже отмечалось, не всегда от него избавляются полностью, как в случае неполного отжига. Но классический доэвтектоидный сплав все же предполагает устранение данного компонента аустенита. На следующей стадии происходит уже оптимизация имеющегося состава с расчетом на формирование оптимизированной структуры. То есть происходит уменьшение частиц сплава с обретением повышенных прочностных свойств.

Изотермическое превращение с переохлажденной смесью аустенитов может выполняться в разных режимах и уровень температуры – лишь один из параметров, которым управляет технолог. Также варьируются пиковые интервалы термического воздействия, скорость охлаждения и т. д. В зависимости от выбранного режима нормализации получается закаленная сталь с теми или иными технико-физическими характеристиками. Именно на данном этапе также есть возможность задать и особые эксплуатационные свойства. Ярким примером является сплав с мягкой структурой, получаемый с целью эффективной дальнейшей обработки. Но чаще всего производители все же ориентируются на нужды конечного потребителя и его требования к основным технико-эксплуатационным качествам металла.

Структура стали

Режим нормализации при температуре на уровне 700 °С обуславливает формирование структуры, в которой основу будут составлять зерна ферритов и перлитов. К слову, заэвтектоидные стали вместо феррита имеют в структуре цементит. При комнатной температуре в обычном состоянии отмечается и содержание избыточного феррита, хотя по мере увеличения углерода эта часть минимизируется. Важно подчеркнуть, что структура стали в небольшой степени зависит от содержания углерода. Он практически не влияет на поведение основных компонентов в процессе того же нагрева и почти весь концентрируется в перлите. Собственно, по перлиту и можно определить уровень содержания углеродистой смеси – как правило, это незначительная величина.

Интересен и другой структурный нюанс. Дело в том, что частицы перлита и феррита имеют одинаковый удельный вес. Это значит, что по количеству одного из этих компонентов в общей массе можно выяснить, какова занимаемая им совокупная площадь. Таким образом изучаются поверхности микрошлифа. В зависимости от того, в каком режиме производился нагрев доэвтектоидной стали, формируются и фракционные параметры частиц аустенита. Но это происходит практически в индивидуальном формате с образованием уникальных значений – другое дело, что стандартными остаются пределы по разным показателям.

Доэвтектоидные стали – сталь 40

Рассмотрим заштрихованную область фазовой диаграммы на рисунке 1, которая обозначена γ+α. Эта область, представляет собой множество координат «температура – содержание углерода», при которых сталь является смесью феррита и аустенита.

Представим себе высокотемпературный микроскоп, в который мы рассматриваем полированную поверхность стали с содержанием углерода 0,4 % – низкоуглеродистую сталь 40 – при температуре 760 ºС. Поскольку точка с таким химическим составом и при такой температуре лежит в области γ+α, то сталь будет представлять собой смесь феррита и аустенита. Пример такой структуры показан внизу рисунка 1. Фазовая диаграмма дает также информацию о составе этих двух фаз. Аустенитные зерна должны иметь состав, который обозначен на фазовой диаграмме рисунка 2 буквой N, а феррит – состав, который обозначен буквой M.

Рисунок 2 – Часть фазовой диаграммы железо-углерод и изменения в микроструктуре низкоуглеродистой стали при охлаждении стали 40 от 850 до 760 ºС

Свойства доэвтектоидной стали

Данный металл относится к низкоуглеродистым сталям, поэтому особых эксплуатационных качеств от него ждать не стоит. Достаточно сказать, что в характеристиках прочности этот сплав значительно проигрывает эвтектоидам. Обусловлено это как раз различиями в структуре. Дело в том, что доэвтектоидный класс стали с содержанием избыточных ферритов уступает в прочности аналогам, имеющим в структурном наборе цементит. Отчасти по этой причине технологи рекомендуют для строительной сферы использовать сплавы, в производстве которых была максимально реализована операция обжига с вытеснением ферритов.

Если же говорить о положительных исключительных свойствах данного материала, то они заключаются в пластичности, стойкости к естественным биологическим процессам разрушения и т. д. Вместе с этим закалка доэвтектоидных сталей может добавить металлу и целый ряд дополнительных качеств. Например, это может быть и повышенная термическая стойкость, и отсутствие предрасположенности к процессам коррозии, а также целый набор защитных свойств, присущих обычным низкоуглеродистым сплавам.

Охлаждение стали 40 – феррит по границам аустенитных зерен

В качестве иллюстрации полезности фазовой диаграммы рассмотрим следующий простой эксперимент. Сталь с содержанием углерода 0,4 % – низкоуглеродистую сталь 40 – сначала нагревают до температуры 850 ºС и выдерживают приней около 10 минут. После этой короткой выдержки все зерна в этой стали будут являться чистыми гранецентрированными аустенитными зернами с содержанием углерода 0,4 %. Вид этой структуры в воображаемый высокотемпературный микроскоп показан слева на рисунке 2. Далее, медленно снизим температуру стали до 760 ºС. Что случится с микроструктурой? Согласно фазовой диаграмме сталь после охлаждения должна быть двухфазной – смесью аустенита и феррита. Эксперименты показывают, что феррит, который образуется из чистого аустенита при его охлаждении всегда находится на границах аустенитных зерен. Это показано на правой микроструктуре рисунка 2. Феррит образуется в виде нескольких α-зерен вдоль границ первичных аустенитных зерен.

Сферы применения

Несмотря на некоторое понижение прочностных свойств, обусловленное принадлежностью металла к классу ферритовых сталей, этот материал распространен в разных областях. Например, в машиностроении применяются детали, выполненные из доэвтектоидных сталей. Другое дело, что используются высокие марки сплавов, в изготовлении которых применялись передовые технологии обжига и нормализации. Также структура доэвтектоидной стали с пониженным содержанием феррита вполне позволяет использовать металл в производстве строительных конструкций. Более того, доступная стоимость некоторых марок стали такого типа позволяет рассчитывать на существенную экономию. Иногда в изготовлении стройматериалов и стальных модулей вовсе не требуется повышенная прочность, но необходима износостойкость и упругость. В таких случаях как раз и оправдано применение доэвтектоидных сплавов.

Свойства сталей

1.Средняя плотность ρ=7850 кг/м3

2. Прочность при растяжении, сжатии, изгибе и кручении.

Предел прочности на растяжение Rраст. (основная), характеризуется пределом текучести. Предел текучести – это напряжение, при котором растяжение образца происходит без увеличения растягивающей нагрузки.

На диаграмме растяжения (рис. 6) можно выделить два характерных участка: ОА – прямолинейный, соответствующий упругой деформации, участок АВ – криволинейный, соответствующий пластической деформации. В точке С происходит окончательное разрушение образца. При переходе от упругой деформации к пластической для некоторых металлов имеется небольшой горизонтальный участок, называемый площадкой текучести(А-А’). В точке В нагрузка достигает максимального значения и в этот момент у пластичных материалов образуется местное сужение поперечного сечения (шейка), где в дальнейшем и происходит разрушение.

Рисунок 6 – Диаграмма растяжения металлического образца

3. Твердость – определяют по методу Бринелля (НВ), Роквелла (НR), Виккерса (НV) по величине вдавливания индентора (в качестве индентора применяют стальной закаленный шарик или алмазный конус) в испытуемую сталь.

4. Вязкость – статическая и динамическая.

Статическая характеризуется относительным удлинением образца в %

Динамическая – характеризуется количеством работы, необходимой для разрушения образца (при ударе)

5.Усталось – или выносливость. Этот свойство учитывают для конструкций, которые работают при попеременной нагрузки.

6.Ползучесть – это свойство определяют для металлов и сплавов, которые работают под постоянным (статическим ) напряжением. Ползучесть – способность деформироваваться под постоянной нагрузкой.

7. Теплотехнические свойства сталей.

Теплопроводность очень высокая λ=70 Вт/м∙°С. Температура плавления зависит от её состава, для углеродистых сталей в пределах 1300-1500°С.

Углеродистые стали

В зависимости от качества все углеродистые стали делятся на 2-е категории:

1.Углеродистые стали обыкновенного качества

Стали группы А поставляются только по механическим свойствам. Маркируются двумя буквами “Ст” и числом из одной цифры: Ст0, Ст1,…Ст7.

Цифра – порядковый номер, содержащая углерод, с увеличением – увеличивается.

Из стали Ст1 и Ст2 (характеризуются высокой пластичностью) изготавливают заклёпки, трубы, резервуары.

стали группы Б поставляются по химическому составу. Они маркируются следующим образом: БСт 1, БСт 2, БСт 3 …БСт 7. Используют эти стали для неответственных деталей, изготовляемых методами горячей обработки давлением. Обладают хорошей деформируемостью и обрабатываемостью резанием.

стали группы В поставляют на заводы с указанием и механических свойств и химического состава. 4 марки. Они маркируются следующим образом: ВСт2, ВСт3, ВСт4 и ВСт5. Сталь марки ВСт3 наиболее распространена для сварки. Они идут на изготовление мало- и средненагруженных деталей, изготавливаемых сваркой, обработкой давлением, резанием. Обладают хорошей деформируемостью, свариваемостью, обрабатываемостью резанием.

Во всех марках может появиться группа сп – спокойная

Производство

Изготовлением, подготовкой и выпуском доэвтектоидного металла в России занимаются многие предприятия. Например, Уральский завод цветных металлов (УЗЦМ) производит сразу несколько марок стали такого типа, предлагая потребителю разные наборы технико-физических свойств. Уральский сталелитейный завод выпускает ферритовые стали, в состав которых входят высококачественные легированные компоненты. Кроме того, в ассортименте доступны особые модификации сплавов, в том числе жаропрочные, высокохромистые и нержавеющие металлы.

Среди крупнейших производителей можно выделить и предприятие «Металлоинвест». На мощностях этой компании выпускаются конструкционные стали с доэвтектоидной структурой, рассчитанные на использование в строительстве. На данный момент сталелитейный завод предприятия работает по новым стандартам, позволяющим улучшать и слабое место ферритовых сплавов – прочностный показатель. В частности, технологи компании работают над повышением коэффициента интенсивности напряжения, над оптимизацией ударной вязкости и показателями сопротивления усталости материала. Это позволяет предлагать сплавы практически универсального назначения.

Источник