Маркировка чугунов.

По принятой раньше в СССР маркировке обозначения марок доменных чугунов содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугуна: П — передельный для кислородно-конверторного и мартеновского производства и Л — литейный для чугунолитейного производства. Литейный коксовый чугун обозначают ЛК, в отличие от чугуна, выплавленного на древесном угле (ЛД). С увеличением числа в обозначении марки уменьшается содержание кремния (например, в чугуне ЛК5 содержится меньше кремния, чем в чугуне ЛК4). Каждая марка чугуна в зависимости от содержания Mn, Р, S подразделяется соответственно на группы, классы и категории. Марки чугуна литейного производства, как правило, обозначаются буквами, показывающими основной характер или назначение чугуна: СЧ — серый чугун, ВЧ — высокопрочный, КЧ — ковкий; для антифрикционного чугуна в начале марки указывается буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ). Цифры в обозначении марок нелегированного чугуна указывают его механические свойства. Для серых чугунов приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм2), например СЧ21-40. Для высокопрочного и ковкого чугуна цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (в %), например ВЧ60-2. Обозначение марок легированных чугунов состоит из букв, указывающих, какие легирующие элементы входят в состав чугуна, и стоящих непосредственно за каждой буквой цифр, характеризующих среднее содержание данного легирующего элемента; при содержании легирующего элемента менее 1,0% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Условное обозначение химических элементов такое же, как и при обозначении сталей (Сталь). Пример обозначения легированных чугунов: ЧН19ХЗ — чугун, содержащий ~19% Ni и ~3% Cr. Если в легированном чугуне регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ).

26. Углеродистые стали. Влияние содержания углерода и постоянных примесей на структуру и свойства углеродистых сталей.

Сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % С при малом содержании других элементов, называются углеродистыми сталями. Углеродистые стали завершают кристаллизацию образованием аустенита. В их структуре нет эвтектики (ледебурита), благодаря чему они обладают высокой пластичностью, особенно при нагреве, и хорошо деформируются.

По способу раскисления различают кипящие, полуспокойные и спокойные стали. При одинаковом содержании углерода они стали имеют близкие величины прочностных свойств и различаются содержанием кремния значениями характеристик пластичности. Содержание Si в спокойной стали составляет 0,15-0,35, в полуспокойной 0,05-0,15, в кипящей до 0,05 %.

Углеродистые стали содержат основной элемент - углерод, а также постоянные и скрытые примеси: марганец и кремний, фосфор, серу и газы (водород, азот, кислород).

Углерод является основным элементом, определяющим структуру и свойства углеродистых сталей. Даже при малом изменении содержания углерод оказывает заметное влияние на изменение свойств сталей. С увеличением углерода в структуре стали растет содержание цементита. До 0,8 % С сталь состоит из феррита и перлита, более 0,8% С в структуре стали, кроме перлита, появляется структурно свободный вторичный цементит. Поэтому с ростом содержания углерода увеличиваются твердость и прочность и уменьшаются вязкость и пластичность стали.

Рост прочности происходит до 0,8-1,0% углерода. При увеличении содержания углерода более 0,8% уменьшается и пластичность, и прочность. Это связано с образованием сетки хрупкого цементита вокруг перлитных зерен. Поэтому заэвтектоидные стали подвергают специальному отжигу на зернистый перлит.

Углерод оказывает существенное влияние на технологические свойства стали: свариваемость, обрабатываемость давлением и резанием. С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а также способность деформироваться в горячем, и особенно в холодном состоянии.

В углеродистой стали содержится до 0,8 % Мn и до 0,4% Si. Марганец и кремний, помимо раскисления, в этих количествах полностью растворяются в феррите и упрочняют его, увеличивают прокаливаемость стали, а также уменьшают вредное влияние серы. Вредными примесями в стали являются сера и фосфор.

Сера снижает пластичность и вязкость стали, а также придает стали красноломкость при прокатке и ковке. Сера нерастворима в стали. Она образует с железом соединение FeS - сульфид железа, хорошо растворимый в металле. При малом содержании марганца, благодаря высокой ликвации серы в стали может образовываться легкоплавкая эвтектика Fe-FeS (T_ПЛ = 988). Эвтектика располагается по границам зерен. При нагреве стали до температур горячей деформации включения эвтектики охрупчивают сталь, а при некоторых условиях могут даже плавиться и при деформировании образовывать надрывы и трещины. Марганец устраняет красноломкость FeS+Mn=MnS+Fe, так как сульфиды марганца не образуют сетки по границам зерен и имеют температуру плавления около 1620°С, что значительно выше температуры горячей деформации. Вместе с тем сульфиды марганца, как и другие неметаллические включения, также снижают вязкость и пластичность, уменьшают усталостную прочность стали. Поэтому содержание серы в стали должно быть как можно меньше.

Основной источник фосфора - руды, из которых выплавляется исходный чугун. Фосфор - вредная примесь. Растворяясь в феррите, фосфор уменьшает его пластичность. Фосфор резко отличается от железа по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению. Поэтому фосфор сильно искажает решетку феррита, делая феррит хладноломким и хрупким. Обычно фосфор располагается вблизи границ зерен и способствует охрупчиванию, повышая температурный порог хладноломкости.

Скрытые примеси - кислород, азот, водород находятся в стали либо в виде твердого раствора в феррите, либо образуют химические соединения (нитриды, оксиды), либо присутствуют в свободном состоянии в порах металла. Кислород и азот мало растворимы в феррите. Они загрязняют сталь хрупкими неметаллическими включениями, способствуя снижению вязкости и пластичности стали. Водород находится в твердом растворе и особенно сильно охрупчивает сталь. Повышенное содержание водорода, приводит к образованию внутренних трещин - флокенов.

Даже небольшие концентрации газов оказывают резко отрицательное влияние на свойства, ухудшая пластические и вязкие характеристики стали.