Тема 1.6. Углеродистые стали

Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства стали.

Классификация углеродистых сталей по способу производства, степени раскисления, структуре, назначению, качеству.

Маркировка по ГОСТ 380-94, ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1435-90. Область применения в автомобилестроении и авторемонтном производстве.

Рациональное использование углеродистых сталей - важнейший фактор снижения себестоимости изделий.

Литература: [2], с. 63-71; [3], с 77-81

Тема 1.7. Чугуны

Свойства и назначение чугуна. Белый и отбеленный чугун. Структура серого чугуна. Форма графита. Маркировка чугуна. Модифицированный серый чугун. Высокопрочный чугун. Ковкий чугун. Легированный чугун. Маркировка по ГОСТ 1215-85, ГОСТ 7293-85 и применение.

Антифрикционный чугун.

Литература: [2], с.191-201

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Материал тем 1.6-1.7 не представляет сложности. С достаточной полнотой он описан в рекомендованной литература.

Приступая к изучению темы 1.6, необходимо прежде всего подробно разобраться в классификации сталей по химическому составу, способу производства и применению.

Углеродистые стали, по сравнению с легированными, являются наиболее дешевыми и обладают хорошими технологическими свойствами. Однако они отличаются невысокой прочностью, теплостойкостью и низким сопротивлением коррозии. Они не обладают необходимым сочетанием механических свойств. С увеличением содержания углерода увеличивается прочность и твердость, но одновременно резко уменьшается пластичность. Эти стали обладают низкой теплостойкостью (при нагревании до 200° они теряют свою твердость).

Стали, применяемые для изготовления инструментов, должны обладать повышенной твердостью, прочностью, износостойкостью, теплостойкостью. Твердость является важнейшим фактором для определения режущих свойств инструментального материала. Она должна быть значительно выше твердости обрабатываемого материала.

Углеродистые инструментальные стали отличаются невысокой теплостойкостью (180-220°), поэтому их следует применять для режущих инструментов, работающих при небольших скоростях резания и обработке мягких материалов.

Изучив общую классификацию, следует уяснить влияние углерода, кремния, марганца и серы на структуру, свойства и качество углеродистых сталей.

При этом необходимо иметь в виду, что качество углеродистых сталей определяется содержанием вредных примесей, точностью химического состава и равномерностью распределения химических элементов.

Чугун нашел широкое применение в машиностроении в качестве литейного материала. Чугун обладает более низкими механическими свойствами, чем сталь, однако ввиду его экономической целесообразности и хороших технологических свойств (литейных, обрабатываемости резанием, способности приобретать различное строение и свойства в зависимости от состава и условий кристаллизации, а также возможности улучшения его свойств путем термической обработки) он пригоден для отливки самых различных деталей.

В зависимости от того, в каком состоянии выделяется углерод, в связанном или свободном, чугуны подразделяются на белые и серые.

К группе серых чугунов также относятся модифицированные, высокопрочные и ковкие.

Серые чугуны характеризуются тем, что у них весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Излом такого чугуна будет белый, блестящий. Белые чугуны, очень хрупкие и твердые, не поддаются механической обработке резцом. Чисто белые чугуны в машиностроении не используются, они обычно идут на передел в сталь или используются для получения ковкого чугуна.

Серые, модифицированные, высокопрочные и ковкие чугуны характеризуются тем, что в них весь углерод или часть его находится в свободном состоянии в виде графита. Форма выделения графита у них различна. По структуре (металлической основе) эти чугуны могут быть ферритными (структура их будет состоять из феррита, графита), ферритоперлитными (со структурой феррита, перлита и графита), перлитными (со структурой перлита и графита).

Структура этих чугунов отличается от структуры железа и стали наличием свободного графита.

В серых чугунах графит выделяется в форме пластинок (чешуек). Если количество связанного углерода больше 1%, то такой чугун называется половинчатым. Его структура состоит из перлита, ледебурита и графита.

Графитные включения в чугуне можно рассматривать как трещины, поры, внутренние надрезы, нарушающие цельность металлической основы. Чем больше графита и чугуне, чем грубее его включения и чем меньше они изолированы, тем ниже качество чугуна.

Серые чугуны по ГОСТ 1412-85 маркируются буквами СЧ. После букв следуют цифры, которые указывают среднее значение предела прочности при растяжении.

Модифицированные чугуны получаются в том случае, если в расплав чугуна с пониженным содержанием углерода перед разливкой ввести модификаторы. Обычно модификаторами служат ферросилиций, алюминий, силикокальций, магний и др. Назначение кодификатора: получить мелкие, изолированные, равномерно распределенные включения графита, изменить форму графитных включений, устранить отбел чугуна и получить перлитную металлическую основу.

Еще более высокую прочность и особенно пластичность имеет высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Этот чугун получают присадкой магния в ковш, в который заливают жидкий серый перлитный чугун.

Отливки из высокопрочного чугуна изготовляют по ГОСТ 7293-85 и маркируют буквами ВЧ. После букв следуют цифры. Первое число указывает предел прочности при растяжении, а второе - относительное удлинение в процентах.

Ковкие чугуны получаются путем отжига (томления) белых доэвтектических чугунов, содержащих свыше 2 до 3,2% С. В результате цементит перлита и ледебурита распадается, выделяя углерод в виде хлопьев графита.

Ковкие чугуны маркируют по ГОСТ 1215-79 буквами КЧ, обозначающими ковкий чугун; затем ставят два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе - относительное удлинение.

Антифрикционные чугуны применяются взамен дефицитных цветных сплавов. В зависимости от формы включения графита устанавливаются три группу антифрикционных чугунов: серый с пластинчатым графитом (маркой АСч-1, АСч-2, АСч-3); высокопрочный с шаровидным графитом (марки АВч -1 и АВч -2) и ковкий (марки АКч-1 и АКч-2). Основная, металлическая масса таких чугунов перлитная или перлитно-ферритная. Графитовые включения в антифрикционных чугунах образуют каналы, в которых удерживается смазка. В случае сухого или полусухого трения графит сам играет роль смазки.

Изучив материал, учащийся должен:

Знать классификацию сталей и чугунов.

Знать влияние различных примесей (С, Mn, Si, Р, S) на свойства сталей и чугунов.

Уметь читать марки сталей и чугунов по ГОСТу.

Уметь подбирать стали и чугуны для тех или иных деталей, обосновывая выбор марок сталей и чугунов с технической и экономической точки зрения.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Как классифицируются стали по химическому составу, способу производства и применению?

2. Как влияет различное содержание углерода в углеродистой стали на ее механические свойства?

3. Как маркируются углеродистые стали обыкновенного качества? Каково их назначение?

4. Как маркируются качественные углеродистые конструкционные стали?

5. Укажите назначение и марки автоматных, сталей. Почему в этих сталях допускается повышенное содержании серы и фосфора?

6. Как классифицируются и маркируются углеродистые инструментальные стали?

7. Укажете достоинства и недостатки чугунов по сравнению со сталями.

8. Как классифицируются чугунные отливки?

9. Как подразделяются белые чугуны по структуре? Какими свойствами они обладают и где применяются?

10. Какие формы графитных включений могут быть в серых чугунах? Их влияние на свойства.

11. Как влияют примеси (кремний, марганец, сера и фосфор) на свойства серых чугунов?

12. Как маркируются серые чугуны? Приведите примеры их применения в автотракторо­строении.

13. В чем заключается сущность процесса модифицирования чугуна? Какие элементы применяют в качестве модификаторов?

14. Как получают высокопрочный чугун?

15. Назовите марки высокопрочного чугуна и расшифруйте их маркировку. Приведите примеры их применения в автотракторостроении.

16. Какой чугун называется ковким и каковы методы его получения?

17. Как маркируются ковкие чугуны? Приведите примеры их применения в автотракторостроении.

18. Какие чугуны относятся к антифрикционным? Как они маркируются?