Заняття №3. Тема: Чавуни та леговані сталі.

Тема: Чавуни та леговані сталі.

Мета:Ознайомитися зі сплавами заліза з вуглецем: чавуни та леговані сталі.

Пояснити:різницю між видами чавуну, та принцип маркування чавунів та легованих сталей.

Тип заняття:лекція.

Література:Нікіфоров В.М. «Технология металлов и конструкционные материалы.» Л., Машинобудування, 1987р. Глава 6 §21, Глава 8 §27.

План лекції

1. Види чавунів: білий та сірий.

2. Вплив основних домішок на властивості чавунів.

3. Способи їх отримання.

4. Механічні властивості чавунів.

5. Високоміцний чавун.

6. Маркування.

7. Леговані сталі.

8. Сталі і сплави з особливими властивостями: нержавіючі, кислото та вогнетривкі.

1. Чавун – сплав заліза з вуглецем, вміст вуглецю 2,1-6,7%.

Білий чавун – коли весь вуглець знаходиться в хімічному зв’язку з залізом. На зломі має матово-білий колір. Він крихкий, твердий, погано обробляється механічним способом. Деталі з нього виготовляють відливанням в форму і швидким охолодженням. Всі деталі в подальшому піддають термічному обробітку.

Сірий чавун – коли вуглецю не більше 4% і він весь знаходиться у вільному стані у вигляді пластівців графіту, різної неправильної форми і розміру. На зломі він темносірий. Має крупнозернисту будову. Основне застосування – це відливання різних деталей.

2. Вплив основних домішок та їх вміст:

Кремній (Si) становить 0,75-3,75%, сприяє одержанню сірого чавуну і сприяє видаленню вільного графіту при цьому полегшується механічний обробіток, підвищується рідкотекучість, знижується температура плавлення і сповільнюється охолодження.

Марганець (Mn) до 1,3%, збільшує стійкість карбіду заліза Fe₃C при твердінні і охолодженні чавуна, що сприяє відбілюванню чавуна.

Сірка (S) допускається лише 0,07% , знижує рідко текучість чавуна, робить його густим, погано заповнює форму, протидіє виділенню графіта і надає чавуну крихкість.

Фосфор (Р) допускається до 0,7%, знижує температуру плавлення і усадку метала при охолодження і збільшує рідко текучість.

3. Чавунне лиття отримують у вагранках або інших плавильних печах, де чушки доменного чавуна плавляться з чавунним і стальним ломом, а потім гарячий чавун заливається в литтєві форми.

Механічна міцність сірого чавуна в основному визначається кількістю формою і розмірами включень графіту. Дрібні, завихреної форми чешуйки графіту менше знижують міцність.

Сірі чавуни маркують буквами СЧ і далі слідує число тимчасового опору при розтягненні. Наприклад СЧ 15, СЧ 24, СЧ 30, СЧ 45.

В високоміцних чавунах вміст вуглецю біля 3-3,6%. Якщо взяти в якості модифікатора магній (до 0,5% від маси відливки), який вводять перед розливкою в рідкий чавун, то графіт, що виділяється набуває кулеподібної форми. Механічні властивості чавуна в результаті цього покращуються: сильно підвищується його пластичність і помітно збільшується його міцність.

Чавун з кулевидною формою включень графіту називають високоміцним і маркують буквами ВЧ. Далі ідуть числа – тимчасовий опір при розтягненні, наприклад, ВЧ 35, ВЧ 60, ВЧ 100

Чавун в відливках маркується буквами СЧ з додаванням двох цифр: перша з них вказує мінімальну межу міцності на розтягнення, друга мінімальну межу міцності при згині, який встановлюється при спеціальних випробовуваннях на згин круглих зразків.

7. За хімічним складом сталі можна розділити на дві великі групи: вуглецеві і леговані. В свою чергу леговані сталі в залежності від числа легуючих елементів розрізняють як трьохкомпонентні (містять крім заліза і вуглецю один який-небуть легуючий елемент), чотирьохкомпонентні і т.д. Більш розповсюдженою є класифікація з вказівкою легуючих елементів: сталі хромисті, хромонікелеві і т.д.

По ступеню легування, тобто по вмісту легуючих елементів, сталі умовно підрозділяють на низьколеговані (містять 2,5-5% легуючих елементів), середньо леговані (до 10%) і високолеговані (більше 10%).

Легуючі елементи позначають слідуючими буквами: хром - Х; нікель – Н; вольфрам – В; кобальт – К; тітан – Т; кремній – С; азот – А; марганець – Г; мідь – Д; ванадій – Ф; фосфор – П; алюміній – Ю; бор – Р; ніобій – Б; цирконій - Ц.

Марка наприклад легованої сталі позначається буквами та цифрами. Для конструкційних марок сталі перші дві цифри показують середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка. Вміст легуючих елементів, якщо воно перевищує 1%, ставлять після відповідної букви в цілих одиницях. Наприклад сталь марки 18ГХТ містить біля 0,18% C; 1% Сr; 1% Mn і біля 0,1% Ti; марки 12ХН3 – 0,12%С; 1% Сr і 3% Ni.

Сталь стійку проти атмосферної корозії, називають нержавіючою. Сталь або сплав, які мають високу стійкість при корозійній дії кислот, солей, лугів і інших агресивних середовищ, називають кислотостійкими.

Хромисті корозійностійкі сталі.

Хром – основний легуючий елемент, який робить сталь корозійностійкою в окислювальних середовищах. Корозійна стійкість хромистих нержавіючих сталей пояснюється утворенням на поверхні захисної щільної пасивної плівки оксиду Cr₂O₃. така плівка утворюється тільки при вмісті хрому більше 12,5% (ат.).

Хромонікелеві корозійностійкі сталі.

Нікель відноситься до металів, який легко набуває пасивність, хоч його пасивуюча здатність менше хрому і молібдену. Додавання нікелю до заліза в кількості 1/8 моля скачко подібно покращує корозійну стійкість сплаву в сірчаній кислоті.

При концентрації нікелю 2/8 моля корозійна стійкість підвищується ще більше.

Контрольні запитання:

1. Що називається чавуном?

2. Назвіть і охарактеризуйте види чавунів.

3. Який вплив основних домішок на властивості чавунів?

4. Способи їх отримання чавунів.

5. Назвіть механічні властивості чавунів.

6. Що представляють собою леговані сталі?

7. Охарактеризуйте сталі і сплави з особливими властивостями.

8. В чому заключається принцип маркування чавунів та сталей.