Чистые металлы (содержание основного компонента 99,99- 99,999%)
обладают низкой прочностью, поэтому их в технике используют редко (кроме Сu
и Аl в электротехнике). Наиболее широко применяют в технике в качестве
конструкционных материалов металлические сплавы.
Сплавом называют материал, состоящий из двух или большего числа
химических элементов, являющихся компонентами сплава. В металлических
сплавах основным компонентом (более 50%) является металл. Так же как и
чистые металлы, сплавы построены из кристаллических зерен.
Не знаете, где заказать презентацию быстро и недорого ? Заходите на сайт Work5 и оформляйте заказ.
. У сплавов можно
получать более высокие механические характеристики, электрическое
сопротивление, стойкость к коррозии и т.д. Сталями называют сплавы железа с
углеродом и некоторыми другими химическими элементами. Содержание углерода
в сталях может доходить до 2,14. Однако в сталях, применяемых в
машиностроении и строительстве, углерода содержится не более 1,3%.
Детали машин и приборов, передающих нагрузку, должны обладать
жесткостью и прочностью, достаточными для ограничения упругой и
пластической деформации, при гарантированной надежности и долговечности,
износостойкостью, твердостью. Из многообразия материалов в наибольшей
степени этим требованиям удовлетворяют сплавы на основе железа - чугуны и
особенно стали. Стали обладают высоким, наследуемым от железа, модулем
упругости. Кроме комплекса этих важных для работоспособности деталей
свойств, стали могут обладать и рядом других ценных качеств, делающих их
универсальным материалом. При соответствующем легировании и технологии
термической обработки сталь становится либо износостойкой, либо коррозионно-
стойкой, либо жаростойкой и жаропрочной, а также приобретает особые
магнитные, тепловые или упругие свойства. Сталям свойственны также хорошие
технологические свойства. Благодаря этим достоинствам стали - основной
металлический материал промышленности. Разработано около 2000 марок сталей
и сплавов на основе железа.
1. Структура, свойства и классификация сталей
Сталь состоит из очень мелких частичек, называемых зернами. Зерна
металла можно наблюдать на его изломе. Еще лучше зерна будут видны, если из
металла вырезать небольшой кусочек, изготовить из него специальный образец-
пластинку (так называемый шлиф) и рассмотреть этот образец под микроскопом.
Микроскоп поможет нам ясно увидеть, что металл действительно состоит из
зерен. Зернистое строение данного металла называется его структурой. Зерна
могут различаться между собой по величине и форме.
В одном куске металла зерна будут крупные, в другом мелкие, в третьем
неоднородные (смешанные), в четвертом они будут вытянуты в каком-либо
направлении и т.п. Величина и форма зерен любого металла не являются
постоянными. Они изменяются в зависимости от его тепловой и механической
обработки.
В литом металле зерна чаще всего бывают крупные, в кованом они
значительно мельче. В процессе прокатки или ковки зерна могут вытягиваться
в направлении вдоль прокатки или ковки и одновременно суживаться в
направлении поперек прокатки или ковки.
Но помимо простых зерен железа феррита и зерен цементита в структуре
стали имеются еще комбинированные (сложные) зерна, представляющие собой
зерна феррита, внутри которых в виде длинных узких пластинок находятся
маленькие зернышки цементита. Такие сложные комбинированные зерна
называются зернами перлита. Из описания перлита следует, что его зерна не
однородны, а представляют собой механическую смесь феррита и цементита.
Особенность этой механической смеси в том, что соотношение между
количеством феррита и количеством цементита в перлите совершенно
определенное. В перлите содержится 86,5%; феррита и 13,5% цементита. Если
это соотношение пересчитать на содержание углерода, то, зная содержание в
цементите углерода, можно вычислить, что в перлите содержится 0,9% углерода
(по последним данным 0,83%).
Таким образом, при температуре не выше 720° в углеродистых сталях,
находящихся в отожженном состоянии, могут быть зерна только трех типов:
зерна феррита, зерна цементита и зерна перлита.
Одновременно в одной какой-либо определенной стали могут быть
следующие комбинации (сочетания) зерен: 1) зерна феррита и перлита; 2)
только зерна перлита; 3) зерна перлита и цементита.
Наличие того или иного сочетания зерен в стали зависит от процентного
содержания в ней углерода. Структура всех углеродистых сталей, содержащих
меньше 0,9% углерода, находящихся в отожженном состоянии, при нормальной
температуре состоит из зерен феррита и зерен перлита. При этом чем больше в
стали углерода, тем больше в ней зерен перлита и, наоборот, тем меньше
зерен феррита. Стали этой группы называются доэвтектоидными сталями.
Структура стали содержащей 0,9% углерода, состоит в отожженном
состоянии при нормальной температуре из одних только зерен перлита. Эта
сталь называется эвтектоидной сталью. Структура сталей, содержащих больше
0,9% углерода, состоит из зерен перлита и зерен цементита. Зерен феррита в
этих сталях нет. Такие стали называются заэвтектоидными.
При нагреве углеродистой стали любой марки никаких изменений в ее
структуре не происходит до температуры 720°. При температуре 720° в стали
происходит первое очень глубокое изменение структуры: зерна перлита
превращаются в зерна аустенита. Это превращение заключается в том, что
пластинчатые зерна цементита, которые образовали как бы каркас внутри зерна
перлита, растворяются в окружающем их железе и равномерно по нему
распределяются.
Получившееся из зерна перлита зерно аустенита представляет собой уже
не сложное зерно чистого железа, внутри которого были заключены
пластинчатые зерна цементита, а однородное зерно твердого раствора углерода
в железе. Превращение зерен перлита в зерна аустенита происходит в
углеродистой стали всех марок, когда температура металла достигает 720°.
Эта очень важная для теории и практики термической обработки температура
называется нижней критической температурой. При нагреве углеродистых сталей
выше 720° зерна аустенита будут увеличиваться, а зерна феррита уменьшаться,
потому что зерна аустенита будут постепенно поглощать зерна феррита и
растворять их в себе.
Наконец, при какой-то температуре зерен феррита не останется вовсе -
структура металла будет состоять из одних зерен аустенита. Та температура,
при которой заканчивается полностью процесс растворения зерен феррита в
зернах аустенита, называется верхней критической температурой. В отличие от
нижней критической температуры, одинаковой для всех углеродистых сталей,
верхняя критическая температура для сталей различных марок различна.
Примеси, присутствующие в стали делят на четыре группы:
постоянные-марганец, кремний, фосфор и сера, если их содержание
находится в пределах: до 0,8% Mn; до 0,4% Si; до 0,05% Р и до 0,05% S;
скрытые - азот, кислород, водород, присутствующие в любой стали, в
очень малых количествах (тысячные доли процента);
случайные - например, мышьяк, свинец, медь и др., попадающие в сталь
из-за того, что они содержатся в рудах или шихтовых материалах данного
географического района или связаны с определенным технологическим процессом
производства стали;
специальные (легирующие элементы) - их вводят в состав стали для
получения нужных по условиям службы деталей свойств стали. В этом случае
сталь называют легированной
При содержании углерода более 1,3% стали становятся слишком хрупкими,
и существенно затрудняется их обработка режущим инструментом. На
сегодняшний день стали являются основным конструкционным материалом для
изготовления нагруженных деталей машин, сооружений, элементов подвижного
состава. В электро- и радиотехнике стали (некоторые ее сорта) используют
главным образом в качестве ферромагнетика и ограниченно - в качестве
проводникового материала, а как конструкционный материал - в
электроустановках при изготовлении несущих конструкций, органов управления
и т.п.Кроме железа и углерода в сталях содержатся полезные и вредные
примеси. Стали сочетают высокую жесткость с достаточной статической и
циклической прочностью. Эти параметры можно менять в широком диапазоне за
счет изменения концентрации углерода, легирующих элементов и технологий
термической и химико-термической обработки. Изменив химический состав,
можно получить, стали с различными свойствами, и использовать их во многих
отраслях техники и народного хозяйства.
Если сталь имеет в своем составе только Fе, С и некоторое количество
постоянной примеси, то такую сталь называют углеродистой. Если в
углеродистую сталь специально введены один или несколько так называемых
легирующих элементов (Сr, Ni, W и др.) с целью улучшения ее служебных и
технологических свойств, то такую сталь называют легированной. При
легировании могут возникать новые свойства, не присущие углеродистым
сталям.
Стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени
раскисления, структуре, прочности и назначению.
По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и
легированные. В зависимости от концентрации углерода те и другие
подразделяют на низко углеродистые (< 0,3 % С), среднеуглеродистые
низкоуглеродистые (<0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,7 % С) и
высокоуглеродистые (> 0,7 %С).
По качеству стали, классифицируют на обыкновенного качества,
качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается
совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее
производства. Однородность химического состава, строения и свойства стали,
а также её технологичность во многом зависят от содержания газов (водорода,
кислорода) и вредных примесей – серы и фосфора. Стали обыкновенного
качества бывают только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и
высококачественные – углеродистыми и легированными.
По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют
на спокойные, полуспокойные и кипящие.
Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода,
проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей
деформации.
Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они
содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие
стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится
повышенное количество кислорода, который при затвердевании, частично
взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО
создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название.
Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение
между спокойными и кипящими.
По назначению и применению сталь подразделяют на конструкционные
(общего и специального назначения и с особыми свойствами) и
инструментальные. В конструкционных сталях общего назначении выделяют
строительные и машиностроительные низколегированные стали, а также
улучшаемые, цементируемые стали и стали повышенной обрабатываемости
резанием (автоматные стали).К конструкционным сталям специального
назначения и сталям с особыми свойствами относятся шарикоподшипниковые,
рессорно-пружинные, высокопрочные, коррозионно-стойкие, жаростойкие и
жаропрочные, сварочные и наплавочные стали, стали с особыми магнитными,
электрическими и тепловыми свойствами, котельные, корпусные стали для
судостроения и прочие. Инструментальные стали применяют для изготовления
режущих, измерительных и ударно-штамповочных инструментов.
20 страниц
100% уникальность
2012 год
118 просмотров
