М іністерство освіти і науки України

Харківський державний технічний

університет будівництва та архітектури

6.090200, 6.092500

6.092100, 6.092600

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт

“Класифікація та маркування вуглецевих сталей”

Харків 2007

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт “Класифікація та маркування вуглецевих сталей” для студентів спеціальностей 6.090200 “Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів”, 6.092500 “Автоматизоване управління технологічними процесами і виробництвами”, 6.092100 “Технологія будівельних конструкцій, виробів і матеріалів”, 6.092100 “Промислове і цивільне будівництво”, 6.092100 “Теплогазопостачання і вентиляція”, 6.092600 “Водопостачання та водовідведення” / Укладачі: Ю.Г. Перетятько, Н.І. Беліменко, С.Б. Агеєнко. - Харків: ХДТУБА, 2007. – 12 с.

Рецензент В.В. Рюмін

Кафедра металевих і дерев’яних конструкцій

Вступ

Студент повинен усвідомити, що залізо-вуглецеві сплави широко використовуються в народному господарстві. Вони є важливими конструкційними матеріалами в машинобудуванні і будівництві.

Студент повинен вміти орієнтуватися в великій кількості сталей і вміти вірно підібрати необхідну сталь з потрібними властивостями.

Мета роботи: вивчення хімічного складу промислових вуглецевих сталей, їх класифікації та маркування.

Прилади, посібники та матеріали

Марочник сталей і сплавів.

Вступ

Залізовуглецеві сплави – сталі і чавуни залишаються найважливішими конструкційними матеріалами у сучасності. Доля вуглецевих сталей складає майже 90 % від загального об’єму виробництва. Ці сталі характеризуються низькою коштовністю у сполученні з задовільними механічними властивостями, оброблюваність різанням і тиском.

1 Загальні положення.

Принципи класифікації вуглецевих сталей.

Сталь – це залізовуглецевий сплав, у якому вуглецю міститься від 0,02% до 2,14%. Сплав з вмістом вуглецю менш ніж 0,02% називається технічно – чистим залізом або залізом Армко. Технічне залізо широко застосовується в електротехніці як магнітном’який матеріал у виробництві сердечників трансформаторів, електромагнітів, у вимірювальних приладах. Сталі промислового виробництва – складні за хімічним складом сплави, крім заліза і вуглецю в них присутні постійні домішки, наявність яких обумовлена технологічними особливостями виробництва (марганець, кремній), або неможливістю повного видалення їх з металу (сірка, фосфор).

Марганець і кремній попадають в сталь з чавуну, а також додаються як розкислювачі. Вони підвищують міцність і твердість металу завдяки їх розчинності у фериті.

Сірка і фосфор – це шкідливі домішки, тому що знижують міцність, пластичність та ударну в’язкість. Сірка попадає в сталь головним чином з вихідної сировини – чавуну, а у чавун – з руди і палива. Вона утворює з залізом сульфід FeS, що входить до складу легкоплавкої евтектики (Т_пл=988 ) і розташовується, як правило, по межах зерен. Це робить сталь крихкою при температурі вище 800 . Крихкість при високотемпературній обробці тиском називається червоноламкістю.

Фосфор теж попадає в сталь з чавуну. При цьому фосфор розчиняється у фериті, зміцнює його і робить крихким, особливо при низьких температурах. Фосфор різко підвищує температуру переходу у крихкий стан, тобто викликає холодноламкість сталі.

За класифікацією в залежності від способу виробництва (мартенівський, киснево – конверторний, електровиплавлення) сталі розрізняються вмістом цих домішок. В електропечах виплавляють сталі з мінімальною кількістю шкідливих домішок, але за енерговитратами це найдорожчі сталі. Киснево-конверторні сталі найбільш економічні.

Вуглець найбільш важливий елемент у сталях, він додається спеціально у залізовуглецеві сплави. Вуглець суттєво впливає на властивості при незначній зміні його концентрації, яка визначає кількість м’якого (~80НВ) і пластичного фериту і твердого (~800НВ) і крихкого цементиту. Тому класифікація сталі за призначенням і вмістом вуглецю тісно пов’язані.

Так низьковуглецеві сталі до (0,25%С) дуже пластичні, але відносно маломіцні, застосовуються для виготовлення слабконавантажених виробів (або поверхнево зміцнюються цементацією). Вони відносяться до класу добре зварюваних сталей і використовуються в зварних будівельних конструкціях.

Середньовуглецеві сталі (0,3...0,6%С) мають достатньо високий комплекс таких механічних властивостей як міцність і ударна в’язкість, тому являють собою основні конструкційні матеріали для виготовлення деталей машин і механізмів.

Високовуглецеві сталі (0,7...1,3%С) характеризуються дуже високою твердістю, низькими показниками пластичності і в’язкості. З них виготовляють ріжучий, вимірювальний та штамповий інструмент, а також вироби з високою зносостійкістю.

Таким чином, треба уяснити, що вуглецеві сталі розподіляють на конструкційні та інструментальні. Конструкційні сталі вміщують до 0,7%С, тобто за структурою це доевтектоїдні сталі. Інструментальні сталі (0,7...1,3 %С) – евтектоїдні і заевтектоїдні.

За якістю вуглецеві сталі бувають звичайної якості, якісні і високоякісні. В основу класифікації сталей за якістю лежить вміст шкідливих домішок – сірки і фосфору, неметалевих включень і газів кисню, водню, азоту. Сталі звичайної якості містять до 0,05% сірки і до 0,07% фосфору;

Якісні – не більше 0,04% сірки і 0,035% фосфору;

Високоякісні – не більше 0,025% сірки і 0,025% фосфору.

За ступенем розкислення і характером затвердіння у формі сталі розподіляються на спокійні (сп), напівспокійні (пс) та киплячі (кп). Розкислення – це процес видалення із рідкого металу кисню. Кисень погіршує міцність та особливо пластичність і в’зкість сталей, і щоб запобігти крихкому руйнуванню при низьких температурах проводять розкислення феросплавами: феромарганцем, феросиліцієм та алюмінієм. Феросплави – це продукти доменного виробництва, сплави на основі заліза, у яких міститься велика кількість , або інших елементів. Так феромарганець вміщує 70...75% , феросиліцій – 9...13% і до 3% .

Кипляча – це не повністю розкислена в печі сталь, вона може бути одержана розкисленням тільки одним феромарганцем. В такій сталі реакція утворення газу СО (за формулою FeO + С = Fe + CO) не зупиняється при розливанні у форму і метал продовжує так би мовити „кипіти” за рахунок виділення бульбашок СО. Ці бульки залишаються в металі у великій кількості і зникають при послідуючому прокатуванні. Це найбільш дешева сталь, а за властивостями – найбільш пластична.

Спокійна сталь – найбільш розкислена, одержується при послідовному розкисленні металу у печі або ковші феромарганцем, феросиліцієм та алюмінієм. Внаслідок введення розкислювача така сталь затвердіває без виділення газів, вона найбільш якісна, але й дорожча.

Напівспокійну сталь отримують при розкисленні у ковші феромарганцем і зменшеною кількістю феросиліцію. За властивостями і вартістю вона є проміжною між киплячою і спокійною сталлю.