Материаловедение

Стали и сплавы специального назначения делят на две группы: с особыми химическими и с  особыми физическими свойствами.

Стали и сплавы с  особыми химическими свойствами (коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные) предназначены для работы в агрессивных  средах и при высоких температурах.

Стали и сплавы с  особыми физическими свойствами (магнитные, с зданным температурным коэффициентом линейного расширения и др.) применяются в основном в приборостроении, электротехнической, радиотехнической и электронной промышленности.

Необходимые свойства у сталей обеих групп достигаются  в результате специального легирования, что также учитывается при  назначении режимов термической  обработки.

Конструкционные и  инструментальные стали могут быть как углеродистыми, так и в  различной степени легированными, а стали специального назначения — только легированным. 

5. Классификация конструкционной  легированной стали

Легированная конструкционная  сталь изготовляется по ГОСТ 4543-71 .

По отношения общей  массы легирующих элементов к  массе стали:

·сталь высоколегированная — более 10%;

·сталь среднелегированная — более 2,5-10%;

·сталь низколегированная  — до 2,5%.

В зависимости от хим. состава и свойств:

·качественная;

·высококачественная — А;

·особо высококачественная (сталь электрошлакового переплава) — Ш.

По видам обработки:

·прокат горячекатаный  и кованый (в том числе с  обточенной или ободранной поверхностью);

·калиброванный;

·со специальной  отделкой поверхности.

По качеству поверхности:

·1 группа;

·2 группа;

·3 группа.

По состоянию материала:

·без термической  обработки;

·термически обработанный — Т;

·нагартованный — Н. 

6. Маркировка  стали (раскрыть марки: 9ХС, 20ХГС, 7ЧЗ)

Прокат из легированной конструкционной стали ГОСТ4543-71

Стандарт распространяется на прокат горячекатаный и кованый  диаметром или толщиной до 250 мм, калиброванный и со специальной  отделкой поверхности из легированной конструкционной стали, применяемый  в термически обработанном состоянии.

Прокат изготавливают  из марок следующих групп:

  хромистая: 15Х, 15ХА, 20Х, 30Х, 30ХРА, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Х;

марганцовистая: 15Г, 20Г, 25Г, 30Г, 35Г, 40Г, 40ГР, 45Г, 50Г, 10Г2, 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2, 47ГТ;

 хромомарганцовая: 18ХГ, 18ХГТ, 20ХГР, 27ХГР, 25ХГТ, 30ХГТ, 40ХГТР, 25ХГМ, 38ХГМ;

 хромокремнистая: 33ХС, 38ХС, 40ХС;

 хромомолибденовая  и хромомолибденованадиевая: 15ХМ, 20ХМ, 30ХМ, 30ХМА, 35ХМ, 38ХМ, 30Х3МФ, 40ХМФА;

хромованадиевая: 15ХФ, 40ХФА;

никельмолибденовая: 15Н2М, 20Н2М;

хромоникелевая и хромоникелевая с бором: 12ХН, 20ХН, 40ХН, 45ХН, 50ХН, 20ХНР, 12ХН2, 12ХН3А, 20ХН3А, 30ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А;

хромокремнемарганцовая и хромокремнемарганцовоникелевая: 20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА, 30ХГСН2А;

хромомарганцовоникелевая и хромомарганцовоникелевая с титаном и бором: 15ХГН2ТА, 20ХГНР, 20ХГНТР, 38ХГН, 14ХГН, 19ХГН;

хромоникельмолибденовая: 20ХН2М, 30ХН2МА, 38Х2Н2МА40ХН2МА, 40Х2Н2МА, 38ХН3МА, 18Х2Н4МА, 25Х2Н4МА;

хромоникельмолибденованадиевая и хромоникельванадиевая: 30ХН2МФА, 36Х2Н2МФА, 38ХН3МФА, 45ХН2МФА, 20ХН4ФА;

хромоалюминиевая и хромоалюминиевая с молибденом: 38Х2МЮА;

хромомарганцовоникелевая с молибденом и титаном: 20ХГНМ, 40ХГНМ, 25ХГНМТ. 

1. Классификация.

В зависимости от химического состава и свойств  конструкционная сталь делится  на категории:

качественная;

высококачественная - А;

особовысококачественная - Ш. 

Примечание. К особовысококачественной  стали относят сталь электрошлакового переплава.

В зависимости от основных легирующих элементов сталь  делится на группы: хромистая,

марганцовистая,

хромомарганцовая,

хромокремнистая,

хромомолибденовая и хромомолибденованадиевая,

хромованадиевая,

никельмолибденовая,

хромоникелевая и хромоникелевая с бором,

хромокремнемарганцовая и хромокремнемарганцовоникелевая, хромомарганцовоникелевая и хромомарганцовоникелевая с титаном и бором, хромоникельмолибденовая,

хромоникельмолибденованадиевая и хромоникельванадиевая,

хромоалюминиевая и хромоалюминиевая с молибденом,

хромомарганцовоникелевая с молибденом,

хромомарганцовоникелевая с молибденом и титаном.  

По видам обработки  прокат делят на:

горячекатаный и  кованый (в том числе с обточенной или ободранной поверхностью);

калиброванный;

со специальной  отделкой поверхности.

В зависимости от качества поверхности горячекатаный  и кованый прокат изготовляют  групп: 1, 2, 3.

По состоянию материала  прокат изготовляют:

без термической  обработки;

термически обработанный -Т;

нагартованный - Н (для калиброванного и со специальной отделкой поверхности проката). 

2. Сортамент.

Сортамент проката  должен соответствовать требованиям:

ГОСТ 2591-88 – для  горячекатаной квадратной,

ГОСТ 2590-88 – для  горячекатаной круглой,

ГОСТ 2879-88 – для  горячекатаной шестигранной,

ГОСТ 103-76 – для  горячекатаной полосовой,

ГОСТ 1133-71 – для  кованой круглой и квадратной,

ГОСТ 7417-75 – для  калиброванной круглой,

ГОСТ 8559-75 – для  калиброванной квадратной,

ГОСТ 8560-78 – для  калиброванной шестигранной,

ГОСТ 14955-77 - серебрянка. 

7. Общая классификация чугунов (доменных и высококачественных (8 вопрос))

Общие сведения

  Чугун — сплав  Fe (основа) с С (обычно 2...4 %), содержащий постоянные примеси (Si, Mn, S, Р), а иногда и легирующие элементы (Cr, Ni, V. А1 и др.); как правило, хрупок.

   Углерод в  чугуне может находиться в  виде цементита, графита или  одновременно в виде цементита  и графита. Образование стабильной  фазы - графита в чугуне может  происходить в результате непосредственного  выделения его из жидкого (твердого) раствора или вследствие распада  предварительно образовавшегося  цементита (при замедленном охлаждении  расплавленного чугуна цементит  может подвергнуться разложению  РезС —> Fe + ЗС с образованием феррита и графита). Процесс образования в чугуне (стали) графита называют графшпизацией.

  Графит повышает  износостойкость и антифрикционные  свойства чугуна вследствие собственного  смазочного действия и повышения  прочности пленки смазочного  материала. Чугуны с графитом, как мягкой и хрупкой составляющей, хорошо обрабатываются резанием (с образованием ломкой стружки)  и обеспечивают более чистую  поверхность, чем стали (кроме  автоматных сталей).

  Присутствие  эвтектики в структуре чугунов  обусловливает его использование  исключительно в качестве литейного  сплава. Высокие литейные свойства  при небольшой стоимости обеспечили  широкое применение чугунов в  промышленности.

   Механические  свойства чугуна обусловлены,  главным образом, количеством  и структурными особенностями  графитной составляющей. Влияние  графитных включений на механические  свойства чугуна можно оценить  количественно (ГОСТ 3443—87). Чем меньше  графитных включений, чем они  мельче и больше степень их  изолированности, тем выше прочность  чугуна при одной и той же  металлической основе. Наиболее  высокую прочность обеспечивает  шаровидная форма графитной составляющей, а для хлопьевидной составляющей  характерны высокие пластические  свойства. Чугун с пластинчатым  графитом можно рассматривать  как сталь, в который графит  играет роль надрезов, ослабляющих  металлическую основу.

  Применяемые  для отливок чугуны имеют в  среднем состав: С — 2...40o,Si—1.5...40o,Mn—0,6...1.250o,P—0,l...l,20o,S<0,060o.

  Углерод определяет  количество графита в чугуне: чем выше его содержание, тем  больше образуется графита и  тем ниже механические свойства. В то же время для обеспечения  высоких литейных свойств (хорошей  жидкотекучести) должно быть не меньше 2,4 % С.

  Кремний оказывает  большое влияние на структуру  и свойства чугунов, так как  величина температурного интервала,  в котором в равновесии с  жидким сплавом находятся аустенит  и графит, зависит от его содержания. Чем больше содержание кремния,  тем шире эвтектический интервал  температур. Таким образом, кремний  способствует процессу графитизации, действуя в том же направлении, что и замедление скорости охлаждения. Изменяя, с одной стороны, содержание в чугуне углерода и кремния, а с другой — скорость охлаждения, можно получить различную структуру металлической основы чугуна.

  Сера и марганец  являются вредными технологическими  примесями, содержание которых  в чугунах ограничивают. Сера  ухудшает механические и литейные  свойства. И сера, и марганец препятствуют  графитизации.

  Фосфор не  влияет на графитизацию, а при повышенном (до 0,4...0,5 ° о) содержании повышает износостоикость чугунов, так как образуются твердые включения фосфидной эвтектики.

  Самым распространенным  видом термообработки чугунов  является отжиг отливок при  430...600 °С для уменьшения литейных напряжений, которые могут вызвать даже коробление фасонных изделий. Нормализация чугуна проводится для аустенизации ферритной и ферритно-перлитной матриц и последующего перлитного превращения, что обеспечивает упрочнение. Закалку чугуна на мартенсит с нагревом до 850...930 °С и охлаждением в воде и масле применяют для повышения прочности и износостойкости. После закалки проводят низкий отпуск (200 °С) для уменьшения закалочных напряжений или высокий отпуск (600...700 °C для получения микроструктур сорбита или зернистого перлита, обеспечивающих повышенную вязкость.

  Классификацию  чугунов проводят по виду и  форме углеродосо-держащей структурной составляющей, то есть по наличию и форме графита.

  По виду структурной  составляющей выделяют чугуны  без графита — белые чугуны, в которых практически весь  углерод находится в химически  связанном состоянии в виде  цементита. Промежуточное положение  занимает половинчатый чугун,  большая (« 0,8 %) часть углерода  которого находится в РезС. Структура половинчатого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

  Чугуны с графитом  в зависимости от формы последнего  разделяют на серые, ковкие  и высокопр очные. Серыми называют чугуны, в структуре которых графит имеет пластинчатую форму. В ковких чу-гунах графит имеет хлопьевидную форму, в высокопрочных чугунах -шаровидную. К числу высокопрочных относят также чугуны с графитом вермикулярной (греч. — червячок) формы, которые по свойствам (ГОСТ 28394—89) занимают промежуточное положение между чугунами с шаровидным и пластинчатым графитом.

  Белые чугуны

  Белые чугуны  редко используются в народном  хозяйстве в качестве конструкционных  материалов, так как из-за большого  содержания цементита очень хрупкие  и твердые, с трудом отливаются  и обрабатываются инструментом. Из них делают детали гидромашин, пескометов и других конструкций, работающие в условиях повышенного абразивного изнашивания. Для увеличения изно-состойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементами. Маркировка белых чугунов не установлена.

  Разновидностью  белых чугунов является отбеленные  чугуны. Поверхностные слои изделий  из таких чугунов имеют структуру  белого (или половинчатого) чугуна, а сердцевина - серого чугуна. Отбел на некоторую глубину (12...30 мм) получают путем быстрого охлаждения поверхности (например, отливка чугуна в металлические или песчаные формы). Для снятия структурных напряжений, которые могут привести к образованию трещин, отливки подвергают нагреву при 500...550 °С. Высокая иэносостойкость отбеленных чугунов обусловлена твердостью поверхности, достигающей 400... 500 HV. Из отбеленного чугуна изготовляют прокатные валки листовых станов, колеса, шары для мельниц и др.

  Серые чугуны

  Структура серого (литейного) чугуна состоит из  металлической основы с графитом  пластинчатой формы, вкрапленным  в эту основу. Такая структура  образуется непосредственно при  кристаллизации чугуна в отливке  в соответствии с диаграммой  состояния системы Fe—С (стабильной). Причем, чем больше углерода и кремния в сплаве и чем ниже скорость его охлаждения, тем выше вероятность кристаллизации по этой диаграмме с образованием графитной эвтектики. При низком содержании углерода и кремния чугун модифицируют небольшими дозами некоторых элементов (например, алюминий, кальций, церий).