Углеродистые стали и чугуны.
В углеродистой стали, кроме углерода, всегда присутствуют кремний, марганец, сера, фосфор, азот, кислород, водород, которые попадают в сталь при ее выплавке. Их называют постоянными примесями, которые оказывают различное влияние на свойства стали. Постоянные примеси делят на полезные (марганец, кремний) и вредные (сера, фосфор, азот, кислород, водород).
Углерод является основной примесью. Содержание углерода влияет на технологические свойства стали. С увеличением его содержания улучшается обработка резанием, повышаются закаливаемость, чувствительность к перегреву, свариваемость ухудшается.
По способу производства различают мартеновскую, кислородно-конверторную, бессемеровскую, томассовскую и электросталь.
По условиям и степени раскисления различают спокойные, кипящие и полуспокойные стали.
По химическому составу углеродистые стали делят на малоуглеродистые (до 0,3 % углерода), среднеуглеродистые (0,3…0,6%) и высокоуглеродистые (более 0,6% углерода).
По назначению углеродистые стали делят на конструкционные и инструментальные.
По качеству стали делят на обыкновенного качества, качественные и стали повышенного качества.
По структуре в отожженном состоянии углеродистые стали поздравляют на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.
Из углеродистых сталей обыкновенного качественного изготавливают горячекатанный прокат, поковки, строительные конструкции, арматуру и малоответственные детали машин.
В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик сталь обыкновенного качества подразделяют на 3 группы:
А – с гарантированными механическими свойствами;
Б – с гарантированными химическим составом;
В- с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.
Обозначение марок стали буквенно-цифровое где буквы Ст. обозначают «сталь», цифры от 0 до 6 – условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств. Буквы Б и В обозначают группы стали. Букву А в обозначении марки стали не указывают. Для обозначения степени раскисления после номера добавляют индексы: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь. Для обозначения полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца после номера ставят букву Г.
Вместе с буквенно-цифровым обозначением стали маркируют несмываемой краской, при этом независимо от группы и степени раскисления используют следующие цвета: Ст.0 – красный и зеленый; Ст.1 – белый и черный; Ст.2 – желтый; Ст.3 – красный; Ст.4 – черный; Ст.5 – зеленый; Ст.6 – синий.
Углеродистую качественную сталь, выплавляемую в мартеновских и электропечах, изготавливают спокойной, кипящей и полуспокойной только с нормальным содержанием марганца. Цифры в маркировке стали (05, 08, 10…20, 25…85) показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента: 05…25 низкоуглеродистые стали, 30…85 среднеуглеродистые.
Автоматные стали используют дл изготовления малонагруженных деталей, болтов, гаек, винтов и т.п. в атомных сталях повышенное содержание серы (до 0,15…0,3%) и фосфора (до 0,05…0,15%).
Стали маркируются буквой А – автоматная, после нее следует цифра, указывающая среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буква Г указывает на повышенное содержание марганца.
Сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода, называют чугунами. По структуре чугуны подразделяют на графитосодержащие (серые, высокопрочные и ковкие чугуны) и не содержащие графит (белые чугуны, в которых весь углерод связан в цементит).
Белый чугун кристаллизуется согласно диаграмме состояния системы железо – цементит. Белый чугун из-за присутствия в нем довольно большого количества цементита обладает высокой твердостью, хрупкостью и практически не поддается обработке резанием. Свое название этот чугун получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет.
Серый чугун (СЧ) на изломе темно-серый цвет вследствие того, что весь углерод или его часть выделена в виде графита пластинчатой формы. Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы и от формы, размера и количества графитных включений. Чем меньше в металлической основе феррита, тем выше прочность чугуна. Маркируют серый чугун СЧ, цифры после букв указывают среднее временное сопротивление при растяжении.
Высокопрочный чугун (ВЧ) получают модифицированием магнием или церием. При этом в чугуне образуется шаровидный графит, из-за которого повышаются прочность и пластичность чугуна. Обозначается буквами ВЧ, первые цифры: предел прочности при растяжении, и относительное удлинение – вторая цифра.
Ковким чугуном (КЧ) называют чугун с хлопьевидным графитом, который получают из белого чугуна отжигом. Ков. чугун маркируют: КЧ – ковкий чугун, после стоят цифры показывающие предел прочности при разрыве, и цифры, показывающие относительное удлинение.
Г
рафитизацией
называют процесс кристаллизации
(выделение) графита в сплавах железа с
углеродом. Графитизация чугуна из
жидкой фазы происходит согласно диаграмме
графитной системы. Ниже линии С’D’
образуется первичный графит, по
эвтектической линии Е’C’F’
– эвтектический графит, по линии S’E’
– вторичный графит и по линии P’S’K’
– эвтектоидный графит.
Если при кристаллизации графит не успевает выделяться и образуется цементит, то графитизация может происходить в твердом состоянии через аустенит. При этом наблюдают несколько микропроцессов, накладывающихся один на другой: распад цементита и растворение атомов углерода в аустените; образование центров графитизации в аустените; диффузия атомов углерода в аустените к центрам графитизации; рост кристаллов (включения) графита.
Для выделения графита необходима определенная и при том малая скорость охлаждения. При этом чем ниже температура, тем медленнее должно быть охлаждение, чтобы выделялся не цементит, а графит. Особенно медленным должно быть охлаждение, чтобы аустенит при эвтектоидном распаде также выделял графит.