- •Матеріалознавство
- •Передмова
- •Умови роботи обладнання переробної промисловості
- •Розділ 1. Матеріалознавство. Особливості атомно-кристалічної будови металів
- •1.2. Метали, особливості атомно-кристалічної будови
- •1.3. Поняття про ізотропію і анізотропію
- •1.4. Алотропія, або поліморфні перетворення
- •1.5. Магнітні перетворення
- •Розділ 2. Будова реальних металів. Дефекти кристалічної будови
- •2.1. Дефекти кристалічної структури
- •2.2. Дислокація, її утворення та види
- •Розділ 3. Кристалізація металів. Методи дослідження металів
- •3.1. Механізм та закони кристалізації металів
- •3.2. Будова металевого злитку
- •3.3. Методи дослідження металів: структурні і фізичні
- •3.4. Визначення хімічного складу
- •3.5. Вивчення структури
- •3.6. Фізичні методи дослідження
- •Розділ 4. Загальна теорія сплавів. Будова, кристалізація і властивості сплавів. Діаграма стану
- •4.1. Поняття про сплави і методи їх отримання
- •4.2. Особливості будови, кристалізації і властивостей сплавів: механічних сумішей, твердих розчинів, хімічних сполук
- •4.3. Класифікація сплавів твердих розчинів
- •Розділ 5. Механічні та експлуатаційні властивості металів
- •5.1. Механічні властивості і способи визначення їх кількісних характеристик: твердість, в'язкість, втомна міцність
- •5.2. Експлуатаційні властивості
- •Розділ 6. Залізовуглецеві сплави. Діаграма стану «залізо – вуглець»
- •6.1. Залізовуглецеві сплави
- •6.2. Компоненти і фази залізовуглецевих сплавів
- •6.3. Структури залізовуглецевих сплавів
- •Розділ 7. СталІ. Класифікація і маркування сталей
- •7.1. Вплив вуглецю і домішок на властивості сталей
- •7.2. Призначення легуючих елементів та їх розподіл у сталях
- •7.3. Класифікація і маркування сталей
- •Розділ 8. Чавуни. Будова, властивості, класифікація і маркування чавунів
- •8.1. Класифікація чавунів
- •8.2. Будова, властивості, класифікація і маркування сірих чавунів
- •8.3. Високоміцний чавун із кулькоподібним графітом
- •8.4. Ковкий чавун
- •Розділ 9. Кольорові метали і сплави на їх основі
- •9.1. Титан і його сплави
- •9.2. Алюміній і його сплави
- •9.3. Магній і його сплави
- •9.4. Мідь і її сплави
- •Розділ 10. Пластмаси й їх класифікація, властивість і галузь застосування
- •10.1. Загальні відомості про пластмаси й їх класифікація
- •10.2. Термопластичні пластмаси
- •10.3. Термореактивні пластмаси
- •10.4. Синтетичні еластоміри, каучук, гума
- •Розділ 11. Деревина та її властивості
- •11.1. Загальні відомості
- •11.2. Будова дерев. Види деревини
- •11.3. Фізичні і механічні властивості деревини
- •11.4. Матеріали і напівфабрикати із деревини
- •Розділ 12. Скло. Властивості та застосування
- •12.1. Загальні відомості
- •12.2. Технологія отримання скла
- •12.3. Марки скла
- •12.4. Властивості скла
- •12.5. Види скла за призначенням
- •Протипожежне скло – армоване скло. Розділ 13. Практичне застосування матеріалів у харчовій і переробній промисловостЯх
- •13.1. Вироби з чорних та кольорових металів
- •13.2. Неметалеві матеріали в переробній промисловості
- •13.3. Екологічна небезпека матеріалів у переробній промисловості
- •Організація та методика проведення лабораторних робіт
- •Лабораторна робота 2 металографічний аналіз металів та сплавів
- •Лабораторна робота 3 вивчення структури сталей та чавунів
- •Лабораторна робота 4 вивчення мікроструктури кольорових металів та сплавів
- •Лабораторна робота 5 вивчення властивостей пластмас
- •Лабораторна робота 6 Вивчення властивостей деревини
- •6.2. Будова деревини
- •6.2.1. Макроструктура
- •6.2.2. Мікроструктура
- •6.3. Фізико-механічні властивості
- •6.3.1. Визначення вологості деревини прискореним методом
- •6.3.2. Визначення середньої густини деревини
- •6.3.3. Визначення граничної міцності за стискання
- •6.3.4. Визначення граничної міцності за згинання
- •6.4. Контрольні запитання для захисту роботи
Розділ 7. СталІ. Класифікація і маркування сталей
7.1. Вплив вуглецю і домішок на властивості сталей
Сталі є найбільш поширеними матеріалами, оскільки володіють гарними механічними і технологічними властивостями. Вироби отримують у результаті обробки тиском і різанням.
Сталі поділяють на вуглецеві і леговані.
Вуглецеві сталі є основними. Їх властивості визначаються кількістю вуглецю і вмістом домішок, які взаємодіють із залізом і вуглецем.
Вплив вуглецю
Вплив вуглецю на властивості сталей показаний на рис. 7.1.
400 800 1200 σB,МПа 60 40 20 0 0 0,4 0,8 1,2 С,% 0 80 120 240 НВ Ψ,δ % Ψ НВ σB δ
Рис. 7.1. Вплив вуглецю на властивості сталей
Зі зростанням умісту вуглецю в структурі сталі збільшується кількість цементиту за одночасного зниження частки фериту. Зміна співвідношення між складовими призводить до зменшення пластичності, а також до підвищення міцності і твердості. Міцність підвищується до вмісту вуглецю близько 1 %, а потім вона зменшується, оскільки утворюється груба ґратка цементиту вторинного.
Вуглець впливає також і на в'язкі властивості. Збільшення вмісту вуглецю підвищує поріг холодокрихкості і знижує ударну в'язкість, підвищуються електроопір, знижуються магнітна проникність і щільність магнітної індукції.
Вуглець впливає і на технологічні властивості. Підвищення вмісту вуглецю погіршує ливарні властивості сталі (використовуються сталі із вмістом вуглецю до 0,4 %), оброблюваність тиском і різанням, зварюваність. Слід враховувати, що сталь із низьким умістом вуглецю також погано обробляється різанням.
Вплив домішок
У сталях завжди присутні домішки, що поділяються на чотири групи.
1. Постійні домішки: кремній, марганець, сірка, фосфор.
Марганець і кремній вводяться в процесі виплавки сталі для розкислювання, вони є технологічними домішками.
Вміст марганцю не перевищує 0,5–0,8 %. Марганець підвищує міцність, не знижуючи пластичності, і різко знижує червоноламкість сталі, викликану впливом сірки. Він сприяє зменшенню вмісту сульфіду заліза FеS, оскільки утворює з сіркою з'єднання сульфід марганцю MnS. Частинки сульфіду марганцю розташовуються у вигляді окремих включень, які деформуються і виявляються витягнутими вздовж напряму стискання.
Вміст кремнію не перевищує 0,35–0,4 %. Кремній, дегазуючи метал, підвищує щільність злитку. Кремній розчиняється у фериті й підвищує міцність сталі, особливо підвищується межа текучості. Але спостерігається деяке зниження пластичності, що знижує здатність сталі до витягування.
Вміст фосфору в сталі становить 0,025–0,045 %. Фосфор, розчиняючись у фериті, спотворює кристалічну решітку і збільшує межу міцності і межу текучості, але знижує пластичність і в'язкість.
Розташовуючись поблизу зерен, фосфор збільшує температуру переходу в крихкий стан, викликає холодокрихкість, зменшує розповсюдження тріщин, Підвищення вмісту на кожну 0,01 % підвищує поріг холодокрихкості на 20–25 oС.
Фосфор має схильність до ліквації, тому в центрі злитку окремі ділянки мають різко знижену в'язкість.
Для деяких сталей можливе збільшення вмісту фосфору до 0,10–0,15 % для поліпшення оброблюваності різанням.
Сірка (S) зменшує пластичність, зварюваність і корозійну стійкість. Р викривляє кристалічну решітку.
Вміст сірки в сталях складає 0,025–0,06 %. Сірка – шкідлива домішка, потрапляє в сталь із чавуну. У процесі взаємодії із залізом утворює хімічну сполуку – сульфід сірки FеS, який, у свою чергу, утворює із залізом легкоплавку евтектику з температурою плавлення 988 oС. За нагріву під час обробки тиском евтектика плавиться, порушуються зв'язки між зернами. За деформації в місцях розташування евтектики виникають надриви і тріщини, заготівка руйнується. Це явище називається червоноламкістю.
Червоноламкість – підвищення крихкості за дії високих температур.
Сірка знижує механічні властивості, особливо ударну в'язкість, пластичність і межу витривалості. Вона погіршує зварюваність і корозійну стійкість.
2. Приховані домішки – гази (азот, кисень, водень) – потрапляють у сталь під час виплавки.
Азот і кисень знаходяться в сталі у вигляді крихких неметалічних включення: оксидів (FеO, SiO2, Al2O3), нітриду (Fe2N), у вигляді твердого розчину або у вільному стані, розташовуючись у дефектах (раковинах, тріщинах).
Домішки занурення (азот N, кисень О2) підвищують поріг холоднокрихкості і знижують опір крихкому руйнуванню. Неметалічні (оксиди, нітриди) включення, можуть значно знизити межу витривалості і в'язкість.
Флокени – тонкі тріщини овальної або округлої форми, що мають у зламі вид плям – пластівців сріблястого кольору.
Метал із флокенами не можна використовувати в промисловості, під час зварювання утворюються холодні тріщини в наплавленому й основному металі.
Якщо водень знаходиться в поверхневому шарі, то він виділяється в результаті нагрівання до 150–180 oС або у вакуумі.
Для видалення прихованих домішок використовують вакуумування.
3. Спеціальні домішки – спеціально вводяться в сталь для набуття заданих властивостей. Домішки називаються легуючими елементами, а сталі – легованими сталями.