După cum sa menționat deja, aliajele de fier cu carbon sunt împărțite în oțeluri și fonte. Oțelurile, la rândul lor, sunt împărțite în grupuri în funcție de compoziția lor chimică și scopul, iar fontele - în funcție de starea carbonului din ele.
În funcție de compoziția chimică, oțelurile sunt împărțite în oțeluri carbon și aliate.
oteluri carbon- acestea sunt aliaje de fier cu carbon, iar conținutul acestuia din urmă nu depășește 2,14%. Cu toate acestea, în oțel carbon productie industriala există întotdeauna impurități ale multor elemente. Prezența unor impurități se datorează particularităților producției de oțel; de exemplu, în timpul dezoxidării (vezi § 239), în oțel sunt introduse cantități mici de mangan sau siliciu, care trec parțial în zgură sub formă de oxizi și rămân parțial în oțel. Prezența altor impurități se datorează faptului că acestea sunt conținute în minereul original și în cantități mici trec în fontă, iar apoi în oțel. Este greu să scapi complet de ele. Ca o consecință, de exemplu, oțelurile carbon conțin de obicei 0,05-0,1% fosfor și sulf.
Proprietățile mecanice ale oțelului carbon răcit lent depind în mare măsură de conținutul său de carbon. Oțelul răcit lent este compus din ferită și cementită, cantitatea de cementită fiind proporțională cu conținutul de carbon. Duritatea cementitului este mult mai mare decât duritatea feritei. Prin urmare, odată cu creșterea conținutului de carbon din oțel, duritatea acestuia crește. În plus, particulele de cementită împiedică mișcarea dislocațiilor în faza principală - în ferită. Din acest motiv, creșterea cantității de carbon reduce ductilitatea oțelului.
Oțelul carbon are o gamă foarte largă de aplicații. În funcție de scop, se folosește oțel cu conținut scăzut sau mai mare de carbon, fără tratament termic (sub formă „brută” – după laminare) sau cu călire și revenire.
Oteluri aliate. Se numesc elemente introduse special în oțel în anumite concentrații pentru a-i schimba proprietățile elemente de aliere, iar oțelul care conține astfel de elemente se numește otel aliat. Cele mai importante elemente de aliere includ crom, nichel, mangan, siliciu, vanadiu, molibden.
Diverse elemente de aliere modifică structura și proprietățile oțelului în moduri diferite. Astfel, unele elemente formează soluții solide în fier-y, care sunt stabile într-o gamă largă de temperaturi. De exemplu, soluțiile solide de mangan sau nichel în y-fier cu un conținut semnificativ de aceste elemente sunt stabile de la temperatura camerei până la punctul de topire. Prin urmare, se numesc aliaje de fier cu metale similare oteluri austenitice sau aliaje austenitice.
Influența elementelor de aliere asupra proprietăților oțelului se datorează și faptului că unele dintre ele formează carburi cu carbon, care pot fi simple, de exemplu Mn 3 C, Cr 7 C 3, precum și complexe (duble), pt. exemplu (Fe, Cr) 3 C. Prezența carburilor, în special sub formă de incluziuni dispersate în structura oțelului, are în unele cazuri un efect puternic asupra proprietăților sale mecanice și fizico-chimice.
În funcție de scopul lor, oțelurile sunt împărțite în oțeluri structurale, pentru scule și oțeluri cu proprietăți speciale. Oteluri de structura sunt utilizate pentru fabricarea de piese de mașini, structuri și structuri. Atât oțelurile carbon, cât și cele aliate pot fi utilizate ca oțeluri de structură. Oțelurile de structură au rezistență și ductilitate ridicate. În același timp, trebuie să se prezeze bine la tratarea sub presiune, tăierea și sudarea bună. Principalele elemente de aliere ale oțelurilor de structură sunt cromul (aproximativ 1%), nichelul (1-4%) și manganul (1-1,5%).
Oteluri pentru scule- Acestea sunt oțeluri carbon și aliate cu duritate mare, rezistență și rezistență la uzură. Sunt utilizate pentru fabricarea de scule de tăiere și măsurare, ștampile. Duritatea necesară este asigurată de carbonul conținut în aceste oțeluri (în cantitate de 0,8 până la 1,3%). Principalul element de aliere al oțelurilor pentru scule este cromul; uneori introduc si wolfram si vanadiu. Un grup special de oțeluri pentru scule este oțelul de mare viteză, care păstrează proprietățile de tăiere la viteze mari de tăiere, atunci când temperatura părții de lucru a frezei crește la 600-700 °C. Principalele elemente de aliere ale acestui oțel sunt cromul și wolfram.
Oțel cu proprietăți deosebite. Acest grup include oțeluri inoxidabile, rezistente la căldură, rezistente la căldură, magnetice și alte oțeluri. Oțelurile inoxidabile sunt rezistente la coroziune în atmosferă, umiditate și soluții acide, rezistente la căldură - în medii corozive la temperaturi ridicate. Oțelurile rezistente la căldură se mențin ridicate proprietăți mecanice atunci când este încălzit la temperaturi semnificative, ceea ce este important în fabricarea palelor de turbine cu gaz, a pieselor de motoare cu reacție și a lansatoarelor de rachete. Cele mai importante elemente de aliere ale oțelurilor termorezistente sunt cromul (15-20%), nichelul (8-15%), wolfram. Oțelurile termorezistente aparțin aliajelor austenitice.
Oțelurile magnetice sunt utilizate pentru fabricarea magneților permanenți și a miezurilor dispozitivelor magnetice care funcționează în câmpuri alternative. Pentru magneții permanenți se folosesc oțeluri cu conținut ridicat de carbon aliate cu crom sau wolfram. Sunt bine magnetizate și păstrează inducția reziduală pentru o lungă perioadă de timp. Miezurile dispozitivelor magnetice sunt realizate din aliaje fier-siliciu cu conținut scăzut de carbon (mai puțin de 0,005% C). Aceste oteluri sunt usor remagnetizate si se caracterizeaza prin pierderi electrice reduse.
Pentru a desemna clasele de oțel aliat, se folosește un sistem alfanumeric. Fiecare element de aliere este indicat printr-o literă: H - nichel, X - crom, G - mangan etc. Primele cifre din denumire arată conținutul de carbon din oțel (în sutimi de procent). Cifra care urmează literei indică conținutul acestui element (dacă conținutul său este de aproximativ 1% sau mai puțin, numărul nu este pus). De exemplu, oțelul cu o compoziție de 0,10-0,15% carbon și 1,3-1,7% mangan este desemnat 12G2. Calitatea X18H9 desemnează oțelul care conține 18% crom și 9% nichel. Pe lângă acest sistem, uneori sunt folosite denumiri non-standard.
Fonta diferă de oțel prin proprietățile sale. Este capabil de deformare plastică într-o măsură foarte mică (nu poate fi forjat în condiții normale), dar are proprietăți bune de turnare. Fonta a devenit mai ieftină.
După cum sa menționat deja, în timpul cristalizării fierului lichid, precum și în timpul descompunerii austenitei, carbonul conținut în aceste faze este de obicei eliberat sub formă de cementită. Cu toate acestea, în condițiile luate în considerare, cementita este instabilă termodinamic. Formarea sa se datorează doar faptului că nucleele cristalizării sale se formează mult mai ușor și necesită mai puține modificări de difuzie decât nucleele de grafit. Prin urmare, în condiții de răcire foarte lentă a fierului lichid, carbonul poate cristaliza nu sub formă de cementită, ci sub formă de grafit. Formarea grafitului este mult facilitată și în prezența unor particule mici de impurități (în special impurități de grafit) în fierul topit.
Astfel, în funcție de condițiile de cristalizare, fonta poate conține carbon sub formă de cementit, grafit sau un amestec al ambelor. Forma grafitului rezultat poate fi, de asemenea, diferită.
fontă albă conține tot carbonul sub formă de cementită. Are duritate mare, fragilitate și, prin urmare, are o aplicare limitată. Practic, este topit pentru redistribuire în oțel.
LA Fontă cenușie carbonul este conținut în principal sub formă de plăci de grafit. Fonta cenușie se caracterizează prin proprietăți ridicate de turnare (temperatura scăzută de cristalizare, fluiditate în stare lichidă, contracție scăzută) și servește ca material principal de turnare. Este utilizat pe scară largă în inginerie mecanică pentru mașini de turnare și cadre pentru mecanisme, pistoane și cilindri. Pe lângă carbon, fonta gri conține întotdeauna și alte elemente. Cele mai importante dintre ele sunt siliciul și manganul. În majoritatea claselor de fontă cenușie, conținutul de carbon se află în intervalul 2,4-3,8%, siliciu 1-4% și mangan până la 1,4%.
Fier ductil obtinut prin adaugarea anumitor elemente la fierul lichid, in special magneziu, sub influenta caruia grafitul cristalizeaza intr-o forma sferica. Grafitul sferic îmbunătățește proprietățile mecanice ale fontei. Fonta ductilă este utilizată pentru fabricarea arborilor cotiți, a chiulaselor, a părților de laminoare, a rolelor de laminare, a pompelor și a supapelor.
fier maleabil obţinut prin încălzirea prelungită a pieselor turnate din fontă albă. Este utilizat pentru fabricarea pieselor care funcționează sub sarcini de șoc și vibrații (de exemplu, carter, puntea spate a unei mașini). Ductilitatea și rezistența fierului ductil se datorează faptului că carbonul se află în ea sub formă de grafit fulger.
Element din grupa a VIII-a a sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev. Este similar cu nichel și cobalt, orbitalii externi ai atomilor acestor elemente diferă doar prin adăugarea unuia. d-electron - 3d 6 s 2 (Fe), 3d 7 s 2 (Ni), 3d 8 s 2 (Co).
A fost cunoscută omenirii de cel puțin șase milenii î.Hr. e., mai întâi sub formă de meteoriți, conținând de obicei 90% Fe; 8,5% Ni și 0,5% Co. În scoarţa terestră, rezervele acestor metale corespund aproximativ raportului 2 10 3 ; 2 10 2:1
Au învățat să topească din minereuri nu mai târziu de 15 secoleî.Hr e., în 1500 producția sa mondială a ajuns la 50 de mii de tone, înîn prezent este aproape de 500 de milioane de tone.
Fierul pur este un metal alb-argintiu, ductil și maleabil; atunci când este topit, crește în volum cu 4,4%.
În 1868 D. K. Chernov a descoperit alotropia fierului, a determinat temperaturile transformărilor, numite puncte critice ( orez., a) și a constatat că modul de lucru la cald și condițiile de răcire ulterioară determină structura și proprietățile aliajelor de fier. Semnificația lucrării lui D.K. Chernov este greu de supraestimat. În 1900, la deschiderea Expoziției Mondiale a Industriei de la Paris, Paul Montgolfier a declarat: „Consider că este de datoria mea să declar în mod deschis și public în prezența atâtor cunoscători și specialiști că fabricile noastre și întreaga afacere producătoare de oțel își datorează dezvoltarea actuală. iar succesul în mare măsură muncii și cercetării inginerului rus Cernov.
Orez. Sistem fier-carbon:
A- puncte critice de fier; b - diagrama de stare
Modificarea fierului solid α, β și δ diferă în intervale de temperatură de existență stabilă, α- și β-fier au o rețea spațială a unui cub centrat, iar γ-fier - o rețea cubică cu fețe centrate. Sub o temperatură de 768 ° C, fierul are proprietăți feromagnetice. Peste această temperatură, le pierde. Prin urmare, modificările а și.р diferă doar în magneticitate.
Cu carbonul, fierul formează carbură (cementită) Fe3C. Din Acoperirea de către Chernov a punctelor critice a stat la baza diagramei
stări de fier - ( orez.,b), care caracterizează transformările de fază și structurale în aliajele fier-carbon cu modificarea temperaturii. Un aliaj cu un continut de 6,66% C este carbura de fier Fe 3 C. Punct E pe diagramă corespunde solubilității limită a carbonului în fier solid. fierul cu un conținut de carbon de până la 2% se numește oțel, mai mult de 2% - fontă. Conținutul de carbon determină în mare măsură proprietățile oțelului. Cu condus departe Creșterea carbonului crește duritatea și rezistența oțelului cu o scădere simultană a ductilității.
Proprietățile oțelului sunt afectate semnificativ de alte elemente care sunt adesea incluse în compoziția sa: siliciu etc. Deci, conținut în orice oțel de la 0,2 la 1,0% și peste 1% în oțelurile cu mangan, crește capacitatea oțelului de a fi călit , își mărește duritatea, rezistența, forța de curgere, scade proprietăți plastice- compresie relativă, alungire și vâscozitate. este conținut în clasele obișnuite de oțel într-o cantitate de cel mult 0,4%, iar în oțelurile siliconice - peste 0,5%. crește capacitatea oțelului de a se întări și îi crește rezistența la tracțiune.
Alții sunt aditivi specialimi. Sunt introduse în oțel pentru a-i conferi proprietăți deosebite. Oțelul care conține aditivi se numește oțel aliat.
Impuritățile nocive din oțel sunt gaze dizolvate. determină fragilitatea oțelului în stare fierbinte (friabilitate roșie), eterogenitatea lingoului în compoziție, înrăutățește proprietățile mecanice și plastice. Prin urmare, conținutul de sulf nu trebuie să fie mai mare de 0,02-0,05%.
Mărește fragilitatea oțelului în stare rece (fragibilitate la rece) și reduce rezistența la impact. Conținutul maxim de fosfor nu trebuie să depășească 0,02-0,03%.
După scop, oțelul este împărțit în trei clase principale: structural (arc, boiler, rulment cu bile etc.), utilizat în inginerie mecanică; instrumental, folosit pentru fabricarea de unelte; oțel cu proprietăți speciale - inoxidabil, rezistent la acizi, rezistent la căldură, rezistent la căldură, oțel cu proprietăți magnetice speciale etc.
Conținutul de fier din scoarța terestră ocupă locul patru (4,7%). Prevalența fierului, concentrația mare în zăcăminte mari, diversele proprietăți fizice și tehnice ridicate ale aliajelor de fier au făcut din acesta cel mai utilizat metal. Fonta este dură, fragilă și greu de prelucrat. Prin urmare, nu poate fi întotdeauna utilizat direct, ci servește ca metal brut pentru obținerea oțelului de diferite calități și pentru producția de fontă. Astfel, producția modernă de oțel se realizează în două etape: obținerea unui metal brut - fontă și rafinarea acestuia pentru a-l transforma în oțel.
Articol pe tema fierului
Strict vorbind, singurul reprezentant al metalelor feroase propriu-zise este fierul, dar această clasă de metale include și așa-numitele aliaje de fier: fontă, oțel, feroaliaje.
Fierul este un metal ductil, de culoare gri-alb strălucitor, capabil să dizolve carbonul și alte elemente, ceea ce creează condiții pentru obținerea aliajelor pe baza acestuia. Fierul este ușor de forjat în stare rece și încălzită, se pretează la diverse metode de prelucrare mecanică (laminare, ștanțare, tăiere etc.). Acesta este cel mai accesibil și ieftin metal.
În stare solidă, are mai multe modificări cristaline care se pot schimba de la una la alta atunci când este încălzită sau răcită. Structura schimbată a rețelei cristaline, dobândită de metal la o temperatură mai scăzută, este de obicei notă cu litera α (α-fier), la o temperatură mai mare - prin litera β (β-fier), cu o creștere suplimentară a temperatura - prin litera γ (γ-fier). Deci, atunci când este încălzit peste 723 ° C, α-fierul trece în γ-fier. Această transformare cea mai importantă este utilizată pe scară largă în tratamentul termic. Este însoțită de o rearanjare a rețelei cu degradarea cristalelor existente și formarea altora noi. În același timp, capacitatea fierului de a dizolva carbonul crește brusc, iar proprietățile mecanice ale aliajelor sale se îmbunătățesc.
Fierul formează aliaje cu multe metale și nemetale. Aliajele fier-carbon au cele mai diverse proprietăți, care sunt asociate cu structura lor. Componentele structurale ale aliajelor fier-carbon includ: ferita, austenita, cementita, perlita, ledeburitul.
Ferită
Ferita este o soluție solidă de carbon (până la 0,02%) în a-fier. Deoarece α-fierul dizolvă carbonul la temperatura camerei doar în miimi de procent, proprietățile feritei sunt apropiate de cele ale fierului pur. Are puțină rezistență și duritate, dar este foarte ductil. Această structură predomină în tablă subțire și oțel cu conținut scăzut de carbon.
austenita
Austenita este o soluție solidă de carbon (până la 2%) și elemente de aliere în α-fier. Duritatea sa este de 2-2,5 ori mai mare decât cea a feritei, cu ductilitate ridicată. Aceasta structura se obtine prin tratament termic si chimico-termic.
Cementită
Cementitul este un compus chimic de fier și carbon (6,67%), foarte fragil, apropiindu-se de duritatea diamantului.
Perlit
Perlitul este un amestec mecanic de ferită cu cementită, format în timpul descompunerii austenitei, cu un conținut de carbon de 0,8%. Cea mai comună componentă structurală a oțelurilor și a fontelor.
ledeburit
Ledeburitul este unul dintre principalii constituenți structurali ai aliajelor fier-carbon. În momentul formării, este format din cementită și austenită, iar după răcire este formată din cementită și perlit. Conține 4,3% carbon, se caracterizează prin duritate ridicată și fragilitate.
Fontă
Fonta este un aliaj de fier cu carbon (2 - 4,3%), care conține impurități permanente de siliciu (până la 4,5%), mangan (1,5%), fosfor (până la 1,5%) și sulf (0,08%), iar în unele cazuri, elemente de aliere (de obicei metale, cum ar fi nichel, crom, cupru, aluminiu), incluse în aliaje pentru a conferi acestora din urmă proprietățile necesare.
Distingeți fonta brută (de obicei albă), folosită pentru prelucrarea în oțel, și turnătorie (gri), care este folosită pentru a produce piese turnate. Ponderea fontei în volumul total al fierului topit este de aproximativ 80%.
Pentru îmbunătățirea proprietăților, fonta cenușie este modificată sau aliată. O varietate de fonte aliate sunt fonte speciale, care includ anti-fricțiune, rezistente la căldură, rezistente la uzură etc. Fonta maleabilă, care ocupă o poziție intermediară între fontă și oțel, are proprietăți mecanice mai mari și mai puțin fragilă decât Fontă cenușie.
Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos
Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.
postat pe http://www.allbest.ru/
Introducere
3. Oteluri de structura
4. Oţeluri pentru scule
Concluzie
Bibliografie
aliaj de oțel fontă metal
Introducere
Deoarece metalele pure din punct de vedere tehnic sunt relativ rar utilizate în inginerie mecanică din cauza proprietăților de rezistență insuficiente, aliajele sunt utilizate în principal ca materiale structurale. Un aliaj este o substanță formată din două sau mai multe componente obținute prin amestecarea acestor componente în formă lichidă. Componentele pot fi metale și nemetale. Pe lângă componentele principale, aliajul poate conține impurități care pot fi utile, îmbunătățind proprietățile de performanță ale aliajului, sau dăunătoare, înrăutățind aceste proprietăți. De asemenea, impuritățile sunt împărțite în cele care cad accidental în aliaj în timpul preparării acestuia și adăugate special pentru a conferi aliajului proprietățile dorite.
După ce aliajul se întărește, componentele formează o soluție solidă, un compus chimic sau un amestec mecanic. Într-o soluție solidă, unul dintre componente (baza) își păstrează de obicei rețeaua cristalină, în timp ce celălalt, sub formă de atomi individuali, este distribuit în interiorul acestei rețele. Într-un compus chimic, componentele intră în interacțiune chimică cu formarea unei noi rețele cristaline. Într-un amestec mecanic, componentele sunt complet insolubile și fiecare își păstrează propria rețea cristalină, iar aliajul constă dintr-un amestec de cristale ale acestor componente.
Aliajele au întotdeauna o bază specifică pe care sunt împărțite în grupuri, de exemplu, aliajele pe bază de fier sunt numite negre, acestea includ oțeluri și fonte, iar aliajele pe bază de aluminiu, magneziu, titan și beriliu au o densitate scăzută și sunt numite aliaje ușoare neferoase, aliaje pe bază de cupru, plumb, staniu și o serie de altele - aliaje grele neferoase, aliaje pe bază de zinc, cadmiu, staniu, plumb, bismut - aliaje neferoase cu punct de topire scăzut, aliaje pe bază de molibden, niobiu, zirconiu, wolfram, vanadiu și o serie de alte metale - aliaje refractare neferoase.
1. Aliaje pe bază de fier. Informatii generale
Cele mai comune în industrie aliaje pe bază de fier cu adaos de carbon, care sunt numite aliaje fier-carbon și împart oțelurile și fontele. Când conținutul de carbon este mai mic de 2,14%, aliajele sunt oțeluri, mai mult - fonte. Otelurile si fontele sunt cele mai importante aliaje metalice ale tehnologiei moderne. Producția lor în volum depășește de peste 10 ori producția tuturor celorlalte metale combinate.
În funcție de scop, oțelul este împărțit în următoarele grupuri:
1) Oțeluri de construcție (oțelurile de construcție de mașini sunt destinate fabricării diferitelor părți ale mașinilor și mecanismelor, iar oțelurile de construcție sunt pentru structuri și structuri).
2) Oțeluri pentru scule (au duritate mare, rezistență și rezistență la uzură și sunt utilizate pentru fabricarea diverselor scule).
3) Oteluri si aliaje cu speciale proprietăți fizice(oțeluri și aliaje pentru care principala cerință pentru acestea este să asigure un anumit nivel de proprietăți fizice. Proprietățile mecanice ale acestor oțeluri și aliaje nu sunt adesea de importanță primordială. Multe dintre aceste aliaje sunt de precizie în ceea ce privește precizia ridicată a substanței chimice compoziție și tehnologie de producție).
În procesele de obținere a metalelor feroase, fonta ocupă un loc deosebit de important, deoarece este produsul primar al topirii din minereuri în furnalele înalte. În funcție de scopul lor, fiarele de călcat de furnal sunt împărțite în:
1) Fonta brută, adică intră în prelucrare pentru oțel.
2) Fonta - pentru producerea de piese turnate modelate.
3) Fonte speciale sau feroaliaje pentru furnal.
Fonta diferă de oțel: în compoziție - un conținut mai mare de carbon și impurități; din punct de vedere al proprietăților tehnologice - proprietăți mai mari de turnare, capacitate scăzută de deformare plastică, aproape niciodată utilizat în structurile sudate.
În funcție de starea carbonului din fontă, există:
Fonta alba (carbon in stare legata sub forma de cementita, in fractura are culoarea alba si luciu metalic);
Fontă cenușie (tot sau cea mai mare parte a carbonului este în stare liberă sub formă de grafit, iar în stare legată nu există mai mult de 0,8% carbon, datorită cantității mari de grafit, fractura sa este gri);
Jumătate (o parte din carbon este în stare liberă sub formă de grafit, dar nu mai mult de 2% din carbon este sub formă de cementit, puțin folosit în tehnologie).
2. Oțel. Informatii generale
Una dintre cele mai importante caracteristici de clasificare ale oțelurilor este compoziția lor chimică, deoarece în ele sunt introduse componente suplimentare de aliere pentru a obține proprietățile dorite.
Deci, în funcție de compoziția chimică, oțelul este împărțit în:
1) Oțeluri carbon:
cu conținut scăzut de carbon cu 0,09 - 0,2% conținut de carbon,
carbon mediu cu 0,2 - 0,45% carbon,
carbon ridicat cu mai mult de 0,5% carbon;
2) Oțeluri aliate:
slab aliat, care conține elemente de aliere de până la 2,5%,
mediu aliat, care conține elemente de aliere 2,5 - 10%,
foarte aliat, conținând mai mult de 10% elemente de aliere.
Alierea este înțeleasă ca adăugarea altor metale la metalul de bază pentru a-și îmbunătăți proprietățile.
Proprietățile oțelurilor sunt determinate de cantitatea de carbon și de impurități care interacționează cu fierul și carbonul.
Odată cu creșterea conținutului de carbon în structura de oțel, ductilitatea scade și rezistența și duritatea cresc. Rezistența crește până la aproximativ 1% conținut de carbon, apoi începe să scadă. Odată cu creșterea conținutului de carbon, crește și pragul de fragilitate la rece (în acest caz, rezistența la impact scade), rezistența electrică, forța coercitivă, permeabilitatea magnetică și densitatea inducției magnetice scade. Carbonul afectează și proprietățile tehnologice. O creștere a conținutului de carbon înrăutățește proprietățile de turnare ale oțelului (se folosesc oțeluri cu un conținut de carbon de până la 0,4%), lucrabilitatea prin presiune și tăiere și sudarea. Trebuie avut în vedere faptul că și oțelurile cu conținut scăzut de carbon sunt prelucrate slab.
Există întotdeauna impurități în oțeluri, care sunt împărțite în 4 grupuri:
1) Impurități permanente: siliciu, mangan, sulf, fosfor. Manganul și siliciul sunt introduse în procesul de topire a oțelului pentru dezoxidare, sunt impurități tehnologice. Manganul crește rezistența fără a reduce ductilitatea și reduce brusc fragilitatea roșie a oțelului cauzată de influența sulfului. Siliciul, degazând metalul, crește densitatea lingoului. Siliciul mărește rezistența oțelului, în special limita de curgere, dar există o scădere ușoară a ductilității, ceea ce reduce capacitatea oțelului de a trage. Fosforul deformează rețeaua de plastic, crește rezistența la tracțiune și rezistența la curgere, dar reduce plasticitatea și vâscozitatea și provoacă fragilitate la rece. Sulful este o impuritate nocivă care pătrunde în oțel din fontă, provoacă fragilitate roșie (creșterea fragilității la temperaturi ridicate), reduce proprietățile mecanice, în special rezistența la impact și ductilitatea, precum și limita de anduranță, înrăutățește sudarea și rezistența la coroziune. Conținutul de fosfor și sulf din oțel este în mod nedorit mai mare de 0,03% fiecare.
2) Impurități ascunse - gaze (azot, oxigen, hidrogen) - pătrund în oțel în timpul topirii. Impuritățile interstițiale (azot și oxigen) măresc pragul de fragilitate la rece și reduc rezistența la rupere fragilă. Incluziunile nemetalice (oxizi, nitruri), fiind concentratoare de stres, pot reduce semnificativ limita de anduranță și vâscozitatea. Hidrogenul dizolvat în oțel este foarte dăunător, ceea ce fragilizează semnificativ oțelul. Conduce la formarea de flocuri în semifabricate laminate și forjate. Stocuri - fisuri subtiri de forma ovala sau rotunjita, avand aspect de pete intr-o spargere - fulgi argintii. Metalul cu flocuri nu poate fi folosit în industrie; în timpul sudării se formează fisuri la rece în metalul depus și de bază. Vidul este folosit pentru a îndepărta impuritățile ascunse.
3) Impuritățile speciale sunt introduse special în oțel pentru a obține proprietățile dorite. Impuritățile sunt numite elemente de aliere, iar oțelurile sunt numite oțeluri aliate. Manganul și siliciul pot fi considerate și elemente de aliere dacă conținutul lor este mai mare de 1,0, respectiv 0,8%. Fosforul și sulful sunt extrem de rare, dar încă sunt utilizate ca elemente de aliere în unele oțeluri de specialitate.
4) Impurități aleatorii.
Cromul este principalul element de aliere. Mărește călibilitatea, contribuie la obținerea unei durități mari și uniforme a oțelului.
Borul și manganul cresc întăribilitatea și, de asemenea, cresc pragul de fragilitate la rece.
Titanul este introdus pentru a măcina cereale în oțel crom-mangan.
Introducerea molibdenului mărește călibilitatea, scade pragul de fragilitate la rece, crește rezistența statică, dinamică și la oboseală a oțelului, elimină tendința de oxidare internă. În plus, reduce tendința de temperare a fragilității oțelurilor care conțin nichel.
Vanadiul rafinează boabele și crește rezistența și duritatea.
Nichelul crește rezistența și călibilitatea, scade pragul de fragilitate la rece, dar în același timp crește tendința de temperare a fragilității (acest dezavantaj este compensat de molibden). Oțelurile crom-nichel au cel mai bun set de proprietăți. Cu toate acestea, nichelul este un metal rar și utilizarea unor astfel de oțeluri este limitată. O cantitate semnificativă de nichel poate fi înlocuită cu cupru, acest lucru nu duce la o scădere a vâscozității.
La alierea oțelurilor crom-mangan cu siliciu, se obțin oțeluri - cromansil (20KhGS, 30KhGSA). Oțelurile au o combinație bună de rezistență și tenacitate, sunt bine sudate, ștanțate și prelucrate. Siliciul crește rezistența la impact și rezistența termică. Adăugarea de plumb și calciu îmbunătățește prelucrabilitatea.
Toate materialele structurale sunt marcate, adică au o marcă (un fel de etichetă), reflectând adesea prezența celor mai importante elemente chimice în compoziția lor.
A fost adoptată o denumire alfanumerică a oțelurilor. Și în funcție de tipul de denumire, oțelul este, de asemenea, împărțit în mai multe grupuri:
1) Oțeluri carbon calitate obișnuită(GOST 380)
St este indicele acestui grup de oțeluri.
Cifre de la 0 la 6 - numărul condiționat al clasei de oțel. Pe măsură ce numărul gradului crește, rezistența crește și ductilitatea scade.
În garanțiile de livrare, există 3 grupe de oțeluri: A, B și C. A - proprietățile mecanice sunt garantate, indicele grupului A nu este indicat în denumire. B - compoziție chimică garantată. B - sunt garantate atât proprietățile mecanice, cât și compoziția chimică.
Indicii kp, ps și cn indică gradul de dezoxidare a oțelului: kp - fierbere, ps - semicalm, cn - calm.
2) Oțelurile carbon de calitate sunt furnizate cu proprietăți mecanice și compoziție chimică garantate (grupa B). Gradul de dezoxidare este în mare parte calm.
Oțelurile carbon de înaltă calitate sunt marcate cu un număr din 2 cifre care indică conținutul mediu de carbon în sutimi de procent. Gradul de dezacidificare este indicat dacă diferă de calm.
Oțel 08kp, oțel 10ps, oțel 45.
Oțelurile carbon de înaltă calitate pentru scule sunt marcate cu litera U (oțel pentru scule din carbon) și un număr care indică conținutul de carbon în zecimi de procente.
Oțel U8, oțel U13.
Oțelurile carbon de înaltă calitate pentru scule sunt marcate în mod similar cu oțelurile carbon pentru scule de înaltă calitate, doar la sfârșitul mărcii pun litera A, pentru a indica oțel de înaltă calitate.
Oțel U10A.
3) Oțeluri aliate de calitate și înaltă calitate.
Elementele de aliere sunt simbolizate de literele alfabetului rus: X - crom, H - nichel, M - molibden, B - wolfram, K - cobalt, T - titan, A - azot (indicat în mijlocul mărcii), G - mangan, D - cupru, F - vanadiu, C - siliciu, P - fosfor, P - bor, B - niobiu, C - zirconiu, Yu - aluminiu.
Oțeluri de structură aliate (oțel 15Kh25N19VS2). La începutul ștampilei, este indicat un număr din 2 cifre, indicând conținutul de carbon în sutimi de procent. Elementele de aliere sunt enumerate mai jos. Numărul care urmează simbol elementul, își arată conținutul ca procent. Dacă numărul nu rămâne, atunci conținutul elementului nu depășește 1,5%. Gradul de oțel specificat conține 0,15% carbon, 35% crom, 19% nichel, până la 1,5% wolfram, până la 2% siliciu. Pentru a desemna oțelurile aliate de înaltă calitate, simbolul A este indicat la sfârșitul clasei.
Oțeluri de scule aliate (oțel 9XC, oțel HVG). La începutul mărcii, este indicat un număr dintr-o singură cifră, care arată conținutul de carbon în zecimi de procente. Când conținutul de carbon este mai mare de 1%, numărul nu este indicat. Elementele de aliere sunt enumerate mai jos cu conținutul lor. Unele oțeluri au denumiri nestandard.
4) Oțeluri de scule de mare viteză (oțel P18).
P este indicele acestui grup de oțeluri. Conținutul de carbon este mai mare de 1%. Numărul arată conținutul elementului principal de aliere - wolfram. Aici - 18%. Dacă oțelurile conțin un element de aliere, atunci conținutul lor este indicat după desemnarea elementului corespunzător.
5) Oțeluri pentru rulmenți cu bile (oțel ShKh6, oțel ShKh15GS).
W - indicele acestui grup de oțeluri, X - indică prezența cromului în oțel. Următorul număr arată conținutul de crom în zecimi de procent, în oțelurile indicate, respectiv, 0,6% și respectiv 1,5%. Sunt indicate și elementele de aliere incluse în oțel. Conținutul de carbon este mai mare de 1%.
3. Oteluri de structura
Următoarele cerințe sunt impuse oțelurilor de structură utilizate pentru fabricarea diferitelor piese de mașini:
Combinație de rezistență ridicată și vâscozitate suficientă;
Proprietăți tehnologice bune;
Rentabilitatea;
Non-deficiență.
Detaliile mașinilor și structurilor moderne funcționează în condiții de sarcini dinamice ridicate, concentrații mari de tensiuni și temperaturi scăzute. Toate acestea contribuie la ruperea fragilă și reduc fiabilitatea mașinilor. Oțelurile de structură trebuie să aibă o limită de curgere ridicată, care este principala caracteristică în calculul pieselor și structurilor de mașini, în combinație cu ductilitate ridicată, rezistență la rupere fragilă și prag scăzut de fragilitate la rece. Durabilitatea unui produs depinde de rezistența acestuia la oboseală, uzură și coroziune. Toate acestea determină rezistența structurală a oțelului. Rezistența structurală ridicată a oțelului este obținută prin alegerea rațională a compoziției chimice, a modurilor de tratament termic, a metodelor de întărire a suprafeței și a îmbunătățirii calității metalurgice. Carbonul joacă un rol decisiv în compoziția oțelurilor structurale. Mărește rezistența oțelului, dar reduce ductilitatea și duritatea și crește pragul de fragilitate la rece. Prin urmare, conținutul său este reglementat și rareori depășește 0,6%.
Elementele de aliere influențează rezistența structurală. O creștere a rezistenței structurale în timpul alierei este asociată cu o întărire ridicată, o scădere a vitezei critice de întărire și rafinarea cerealelor. Utilizarea tratamentului termic de întărire îmbunătățește complexul de proprietăți mecanice. Calitatea metalurgică afectează și rezistența structurală. Oțelul pur cu aceleași proprietăți de rezistență are caracteristici de fiabilitate sporite. Oțelurile structurale pentru construcția de mașini sunt destinate fabricării diferitelor părți ale mașinilor și mecanismelor. Acestea sunt clasificate:
După compoziția chimică (carbon și aliaj);
Prin prelucrare (cimentată, îmbunătățită);
La programare (primavara, rulment cu bile).
Oțelurile carbon diferă în calitate (oțeluri de calitate obișnuită și oțeluri carbon de înaltă calitate), conținut de carbon.
Oțelurile de calitate obișnuită sunt utilizate pentru fabricarea produselor obișnuite laminate la cald: grinzi, canale, colțuri, bare, precum și table, țevi și forjate. Oțelurile livrate sunt utilizate pe scară largă în construcții pentru structuri sudate, nituite și șuruburi. Oțelurile de calitate obișnuită au adesea un scop specializat (construcții de poduri și nave, inginerie agricolă și altele) și vin în special specificații. Proprietățile mecanice ale oțelului de calitate obișnuită pot fi crescute semnificativ, iar pragul de fragilitate la rece este scăzut prin stingerea în apă de la încălzirea prin rulare.
Oțelurile carbon de înaltă calitate sunt topite în condiții mai stricte în ceea ce privește compoziția încărcăturii și desfășurarea topirii și turnării. Ele sunt supuse unor cerințe mai mari în ceea ce privește compoziția chimică și structura.
Oțelurile cu conținut scăzut de carbon (conținut de carbon mai mic de 0,25%) au rezistență scăzută și ductilitate ridicată. Aceste oțeluri fără tratament termic sunt folosite pentru piesele cu încărcare mică - șaibe, garnituri etc. Pentru ștanțarea la rece a produselor se folosește oțel laminat la rece din tablă subțire cu conținut scăzut de carbon. Oțelurile de înaltă calitate cu conținut scăzut de carbon sunt, de asemenea, utilizate pentru structurile sudate critice, precum și pentru piesele de mașini întărite prin cementare.
Oțelurile cu carbon mediu (0,3 - 0,5% carbon) sunt utilizate după normalizare, îmbunătățire termică și călire a suprafeței pentru o mare varietate de piese din toate ramurile ingineriei. Aceste oțeluri în stare normalizată, în comparație cu oțelurile cu conținut scăzut de carbon, au o rezistență mai mare la ductilitate mai mică. După îmbunătățirea termică, se observă cea mai bună combinație de proprietăți mecanice. În stare recoaptă, oțelurile sunt bine prelucrate prin tăiere. Capacitatea de călire este scăzută și, prin urmare, ar trebui să fie utilizate pentru fabricarea de piese mici sau mai mari care nu necesită întăribilitate. După întărirea suprafeței, au o duritate mare a suprafeței și rezistență la uzură.
Oțelurile cu conținut ridicat de carbon (0,6 - 0,8% carbon) au rezistență sporită, rezistență la uzură și proprietăți elastice; sunt utilizate după tratament termic pentru piesele care funcționează în condiții de frecare în prezența unor sarcini de vibrații statice mari. Din aceste piese sunt fabricate arcuri și arcuri, fusuri, șaibe de blocare, role de rulare etc. Avantajele oțelurilor carbon de înaltă calitate sunt costul scăzut și capacitatea de fabricație. Dar din cauza călibilității scăzute, aceste oțeluri nu oferă setul necesar de proprietăți mecanice în piesele cu o secțiune transversală mai mare de 20 mm.
Oțelurile aliate sunt utilizate pe scară largă în inginerie de tractoare și agricultură, în industria auto, în inginerie grea și de transport și, într-o măsură mai mică, în construcția de mașini-unelte, unelte și alte industrii. Aceste oțeluri sunt utilizate pe scară largă pentru structuri metalice grele. Cu cât alierea oțelului este mai mare și dimensiunile semifabricatului sunt mai mici, cu atât costul oțelului este mai mare. Prețul oțelului calibrat și șlefuit este mai mare. Cele mai răspândite în construcții sunt oțelurile slab aliate (datorită sudabilității lor bune, adică proprietățile îmbinării sudate și zonele adiacente acesteia - zone afectate de căldură, sunt apropiate de proprietățile metalului de bază) și aliat în inginerie mecanică. Oțelurile înalt aliate, de regulă, au un scop special (rezistente la coroziune, rezistente la căldură, nemagnetice).
Otelurile cementate sunt folosite pentru fabricarea pieselor supuse la uzura si supuse la sarcini variabile si de soc. Piesele trebuie să combine rezistența și duritatea suprafeței ridicate cu rezistența miezului suficientă. Carburarea se realizează pe oțeluri cu conținut scăzut de carbon cu un conținut de carbon de până la 0,25%. Pentru piesele care lucrează cu sarcini mari, se folosesc oțeluri cu conținut ridicat de carbon (până la 0,35%). Pe măsură ce conținutul de carbon crește, rezistența miezului crește și duritatea scade. Detaliile sunt supuse cianurarii si carbonitrurarii. Oțelurile carbon călite sunt utilizate pentru fabricarea pieselor de dimensiuni mici care funcționează în condiții de uzură la sarcini reduse (bucșe, role, osii, știfturi). Duritatea la suprafață este de 60-64 HRC, miezul rămâne moale. Oțelurile aliate călite se folosesc pentru fabricarea pieselor în care, pe lângă duritatea mare a suprafeței, este necesar să existe un miez suficient de puternic (cuplaje cu came, pistoane, știfturi, bucșe). Modurile de tratament termic și proprietățile oțelurilor aprobate de GOST 4543-71 sunt caracteristice numai pentru mostre (când oțelul este acceptat) și nu pot fi utilizate în legătură cu produse. Proprietățile oțelului (pieselor) sunt determinate de tratamentul final termic și chimico-termic adoptat la o anumită instalație.
Multe părți ale mașinilor care funcționează în condiții dificile de stres (sub acțiunea diferitelor sarcini, inclusiv variabile și dinamice), cum ar fi arbori cotiți, osii, tije, biele, părți critice ale turbinelor și mașinilor compresoare, sunt realizate din oțeluri cu carbon mediu și supuse la îmbunătățirea termică. Astfel de oțeluri suportă bine sarcinile de șoc. Rezistența la rupere fragilă este importantă. Oțelurile carbon îmbunătățite sunt ieftine, sunt folosite pentru a face piese care suferă solicitări scăzute și piese care necesită rezistență crescută. Dar îmbunătățirea termică a acestor oțeluri oferă un complex mare de proprietăți mecanice numai în piesele de secțiune mică, deoarece oțelurile au o călibilitate scăzută. Otelurile din acest grup pot fi folosite si in stare normalizata. Oțelurile aliate îmbunătățite sunt folosite pentru piese critice mai mari și mai puternic încărcate. Oțelurile au un set mai bun de proprietăți mecanice: rezistență mai mare, menținând în același timp o tenacitate și o ductilitate suficiente, un prag mai scăzut de fragilitate la rece.
Otelurile de inalta rezistenta sunt cele cu o rezistenta la tractiune de peste 1500 MPa, care se realizeaza prin selectarea compozitiei chimice si tratament termic optim. Acest nivel de rezistență poate fi atins în oțelurile aliaje cu carbon mediu prin tratament termic adecvat, oțeluri maraging și oțeluri trip sau tnp. Rezistența structurală ridicată a produsului este atinsă numai atunci când este realizat dintr-un material cu rezistență ridicată și rezistență ridicată la rupere fragilă. Aceste cerințe sunt în mare măsură îndeplinite de oțelurile maraging fără carbon (mai puțin de 0,03%), întărite prin călire urmată de îmbătrânire. Oțelurile Maraging sunt utilizate în industria aviatica, tehnologie rachetă, construcții navale, instrumentare pentru elemente elastice, în tehnologie criogenică. Oțelurile Maraging sunt superioare ca rezistență structurală și fabricabilitate față de oțelurile aliate cu carbon mediu. Au sensibilitate scăzută la crestătură, rezistență ridicată la rupere fragilă și prag scăzut de fragilitate la rece, cu o rezistență de aproximativ 2000 MPa. Cu toate acestea, acestea au devenit destul de scumpe. Oțelurile austenitice metastabile de înaltă rezistență se numesc oțeluri TRIP (TRIP de la literele inițiale - Transformation Induced Plasticity) sau oțeluri TNP (transformation induced plasticity). Caracteristica acestui grup de oțeluri este valoarea ridicată a tenacității la rupere și a limitei de anduranță. Cu aceeași rezistență sau aproape, oțelurile PNP sunt mai ductile și, cu o ductilitate egală, au o limită de curgere mai mare decât oțelurile maraging sau aliate de înaltă rezistență. Utilizarea pe scară largă a oțelurilor PNP este împiedicată de alierea lor ridicată, de necesitatea utilizării unor echipamente puternice pentru deformare la temperaturi relativ scăzute, de dificultatea sudării, de anizotropia proprietăților metalului deformat etc. Aceste oțeluri sunt folosite pentru fabricarea pieselor cu încărcare mare, sârme, cabluri, elemente de fixare etc.
Arcurile, arcurile și alte elemente elastice în funcțiune suferă sarcini variabile multiple. O caracteristică a lucrării este că, sub sarcini statice și șoc semnificative, piesele ar trebui să experimenteze doar deformare elastică, deformarea reziduală nu este permisă. Principalele cerințe pentru oțelurile cu arc sunt asigurarea unor valori ridicate ale limitelor elastice, rezistenței, precum și ductilitatea și rezistența la rupere fragilă necesare, rezistența la relaxarea tensiunilor. Proprietățile elastice și de rezistență ale oțelurilor cu arc sunt obținute prin călire izotermă. Otelurile de arc sunt aliate cu elemente care maresc limita elastica - siliciu, mangan, crom, wolfram, vanadiu, bor. Pentru a crește rezistența la oboseală, decarburarea în timpul încălzirii pentru călire nu este permisă și este necesară calitate superioară suprafete. În plus față de oțelurile pentru arcuri de uz general, oțelurile pentru arcuri și aliajele pentru uz special sunt utilizate pe scară largă în inginerie mecanică. Pe lângă proprietățile mecanice ridicate și rezistența la relaxarea stresului, acestea trebuie să aibă rezistență ridicată la coroziune, nemagneticitate, rezistență la căldură și alte proprietăți speciale. Aceste oțeluri includ oțeluri martensitice înalt aliate (oțeluri rezistente la coroziune cu conținut ridicat de crom), oțeluri maraging, austenitice (rezistente la coroziune, amagnetice, rezistente la căldură) etc.
Oțelurile pentru rulmenți cu bile sunt supuse unor sarcini mari și variabile. Principalele cerințe sunt rezistența ridicată și rezistența la uzură, limită mare de anduranță, absența concentratoarelor de stres, incluziuni nemetalice, cavități, segregări. Oțelurile pentru rulmenți cu bile se caracterizează printr-un conținut ridicat de carbon (aproximativ 1%) și prezența cromului, supuse unui control metalurgic strict pentru prezența porozității, incluziunilor nemetalice, ochiurile de carbură, segregarea carburilor.
Prelucrabilitatea este una dintre cele mai importante caracteristicile tehnologice deveni. O bună prelucrabilitate crește productivitatea muncii și reduce consumul de scule, ceea ce este deosebit de important pentru producția de masă (construcții de mașini și tractoare, inginerie agricolă, construcția de mașini-unelte etc.).
Prin urmare, așa-numitele oțeluri cu tăiere liberă sunt utilizate pe scară largă în industrie, care fac posibilă efectuarea de tăiere la viteză mare, creșterea duratei de viață a sculei și obținerea unei calități ridicate a suprafeței prelucrate. Anizotropia semnificativă a rezistenței la impact în oțelurile cu prelucrabilitate crescută nu ne permite să le recomandăm pentru piesele care funcționează într-o stare complexă solicitată, precum și cu concentrații semnificative de solicitări.
Coroziunea este distrugerea metalelor sub influența mediu inconjurator. În acest caz, metalele sunt adesea acoperite cu produse de coroziune (rugina). Ca urmare a influențelor mediului, proprietățile mecanice ale metalelor se deteriorează brusc, uneori chiar și în absența unei modificări vizibile. aspect suprafete. Există coroziuni chimice care apar atunci când metalul este expus la gaze (coroziune gazoasă) și neelectroliți (ulei și derivații săi), precum și coroziuni electrochimice cauzate de acțiunea electroliților: acizi, alcaline și săruri. Coroziunea electrochimică include și coroziunea atmosferică și a solului. Oțelul care este rezistent la coroziune cu gaz la temperaturi înalte (peste 550ºC) este numit rezistent la calcar (rezistent la căldură). Oțelurile care sunt rezistente la coroziune electrochimică, chimică (atmosferică, solului, alcaline, acide, săruri), intercristaline și alte tipuri de coroziune sunt numite rezistente la coroziune (inoxidabil). O creștere a rezistenței oțelului la coroziune se realizează prin introducerea în el a elementelor care formează pelicule de protecție pe suprafață care sunt ferm lipite de metalul de bază și previn contactul dintre oțel și mediul extern agresiv, precum și creșterea potențialului electrochimic. de oţel în diverse medii agresive. Rezistența la scară depinde de compoziția oțelului și nu de structura acestuia. Compozitiile otelurilor rezistente la coroziune electrochimica sunt stabilite in functie de mediul pentru care sunt destinate. Pentru piesele echipamentelor chimice (carcasa aparatelor, funduri, flanse, duze etc.) care functioneaza intr-un mediu corosiv, s-au folosit oteluri cu doua straturi, formate dintr-un strat de baza - otel slab aliat sau carbon si un rezistent la coroziune. strat de placare 1-6 mm grosime din oteluri rezistente la coroziune sau aliaje de nichel.
Temperaturile scăzute (frigul artificial) sunt utilizate pe scară largă în industrie, tehnologia rachetelor și spațiale și în viața de zi cu zi. Temperaturile sub punctul de fierbere al oxigenului (-183ºC) sunt numite criogenice. Pentru a lucra la aceste temperaturi, sunt necesare oțeluri și aliaje criogenice speciale cu un prag scăzut de fragilitate la rece. Oțelurile criogenice trebuie să aibă o rezistență suficientă la temperatură normală, combinată cu rezistență ridicată la rupere fragilă la temperaturi scăzute. Aceste oțeluri sunt adesea solicitate să aibă o rezistență ridicată la coroziune. Ca criogenice, se folosesc oțeluri cu nichel cu conținut scăzut de carbon și oțeluri austenitice, care nu sunt predispuse la fragilitate la rece.
Otelurile si aliajele termorezistente sunt cele care pot lucra sub stres la temperaturi ridicate pentru un anumit timp si in acelasi timp au o rezistenta suficienta la caldura. Oțelurile și aliajele rezistente la căldură sunt folosite pentru fabricarea multor piese de cazane, turbine cu gaz, motoare cu reacție, rachete etc., care funcționează la temperaturi ridicate. Oțelurile termorezistente datorită costului lor relativ scăzut (comparativ cu costul altor aliaje rezistente la căldură) sunt utilizate pe scară largă în tehnologia de temperatură înaltă. Temperaturile de funcționare ale oțelurilor rezistente la căldură sunt de 500-750ºС. Cu cât compoziția oțelului este mai complexă, cu atât mai mare este alierea soluției solide și cu cât sunt mai multe faze de întărire, cu atât rezistența lor la căldură este mai mare. Oțelurile rezistente la căldură pe bază de nichel sunt adesea numite nimonice. Aceste aliaje sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii ale tehnologiei (motoare de avioane, turbine cu gaz staționare, construcție de aparate chimice etc.). Aliajele sunt destinate fabricării paletelor de rotor, discuri de turbină, inele, elemente de fixare cu o durată lungă de viață, palete de duză și alte părți ale turbinelor cu gaz care funcționează la temperaturi de până la 850ºC.
4. Oţeluri pentru scule
Oțelurile pentru scule se numesc oțeluri carbon și aliate, care au duritate mare, rezistență și rezistență la uzură și sunt utilizate pentru fabricarea diverselor unelte. Una dintre principalele caracteristici ale oțelurilor pentru scule este rezistența la căldură (sau duritatea roșie), adică capacitatea de a menține duritatea ridicată atunci când sunt încălzite.
Toate oțelurile pentru scule sunt împărțite în 3 grupe: nerezistente la căldură (oțeluri carbon și aliate care conțin până la 3-4% elemente de aliere), semirezistente la căldură până la 400-500ºС (conținând peste 0,6-0,7% carbon și 4 -18% crom ), și rezistente la căldură până la 550-650ºС (oțeluri înalt aliate care conțin crom, wolfram, vanadiu, molibden, cobalt, clasa ledeburit), acestea din urmă sunt numite de mare viteză. O alta caracteristică importantă oțelurile pentru scule este călibilitatea. Oțelurile înalt aliate rezistente la căldură și semirezistente la căldură au o călibilitate ridicată. Oțelurile pentru scule care nu au rezistență la căldură se împart în oțeluri de călibilitate scăzută (carbon) și de călire mare (aliate).
Oțelurile pentru scule așchietoare după un tratament termic adecvat trebuie să aibă o duritate mare în muchia de tăiere, depășind semnificativ duritatea materialului care se prelucrează; rezistență mare la uzură necesară pentru a menține dimensiunea și forma muchiei de tăiere în timpul tăierii; rezistență suficientă la o anumită tenacitate pentru a preveni ruperea sculei în timpul funcționării și rezistența la căldură atunci când tăierea este efectuată la o viteză crescută, deoarece margini de tăiere poate fi încălzit la o temperatură de 500-900ºC.
Oțelurile carbon pentru scule vor conține 0,65-1,35% carbon. Datorită stabilității scăzute a austenitei suprarăcite, acestea au o călibilitate scăzută și, prin urmare, aceste oțeluri sunt folosite pentru unelte mici.
Oțelurile de scule aliate conțin 0,9-1,4% carbon și, ca și oțelurile carbon, nu au rezistență la căldură și sunt potrivite doar pentru tăierea materialelor cu rezistență scăzută la viteze mici. Ele sunt utilizate pentru unelte care nu sunt supuse la căldură mai mare de 200-250ºC. Oțelurile aliate au o călibilitate mai mare. Oțelurile cu întărire ridicată au rezistență ridicată la căldură, proprietăți bune de tăiere și deformare relativ mică în timpul călirii. Duritatea ridicată și rezistența la uzură sunt determinate în principal de conținutul ridicat de carbon. Conținutul total de elemente de aliere este de până la 5%. Aceste oțeluri sunt folosite pentru a face unelte de impact și tăiere.
Oțelurile de mare viteză își iau numele de la proprietățile lor. Datorită rezistenței lor ridicate la căldură, uneltele realizate din acestea pot funcționa cu suficient viteze mari tăiere. Otelurile contin 0,7-1,5% carbon, pana la 18% din elementul de aliere principal - wolfram, pana la 5% crom si molibden, pana la 10% cobalt, ceea ce creste rezistenta la caldura. Principalele furci ale sculelor de tăiere din oțel de mare viteză sunt frezele, burghiile, frezele, broșele, robinetele de mașină și cuțitele de tăiat hârtie. Adesea, doar partea de lucru a sculei este realizată din oțel de mare viteză.
Otelurile pentru scule de masura (tigle, calibre, sabloane) trebuie sa aiba duritate mare si rezistenta la uzura, sa mentina stabilitatea dimensionala timp indelungat si sa fie bine macinate. Constanța dimensiunilor este asigurată de coeficientul minim de temperatură de dilatare liniară și minimizarea transformărilor structurale în timp. Pentru fabricarea instrumentelor de măsură se folosesc: oțeluri de scule cu conținut ridicat de carbon, aliate și carbon după tratament termic corespunzător; oțeluri cu conținut scăzut de carbon după cementare; nitraloy după nitrurare pentru duritate mare.
Sculele folosite pentru formarea metalelor ( matrițe, poanson, matrice) sunt realizate din oțeluri matrițe. Distingeți oțelul pentru ștampile de deformare la rece și la cald.
Matricele de formare la rece funcționează sub înaltă sarcini variabile, eșuează din cauza ruperii fragile, a oboselii cu ciclu scăzut și a modificărilor de formă și dimensiune din cauza strivirii (deformației plastice) și uzurii. Prin urmare, oțelurile utilizate pentru fabricarea matrițelor care deformează plastic metalul la temperaturi normale trebuie să aibă duritate mare, rezistență la uzură și rezistență, combinate cu o tenacitate suficientă. În procesul de deformare la viteză mare, matrițele sunt încălzite până la 200-350ºC, astfel încât oțelurile din această clasă trebuie să fie și rezistente la căldură. Pentru matrițele mici (până la 25 mm) se folosesc oțeluri carbon pentru scule; pentru produsele mai mari se folosesc oțeluri aliate, care au o călibilitate mai bună. Dacă scula cu matriță suferă sarcini de șoc, atunci se folosesc oțeluri cu duritate mai mare. Acest lucru se realizează prin reducerea conținutului de carbon, introducerea elementelor de aliere și tratamentul termic adecvat. Destul de des, oțelurile de mare viteză sunt folosite pentru a face matrițe de formare la rece.
Matrițele pentru deformare la cald funcționează în condiții severe de încărcare și se defectează (rup) din cauza deformării plastice (prăbușirii), ruperii fragile, formării unei rețele de fisuri (fisuri) și uzurii suprafeței de lucru. Prin urmare, oțelurile utilizate pentru matrițele care deformează metalul în stare fierbinte trebuie să aibă proprietăți mecanice ridicate (rezistență și tenacitate) la temperaturi ridicate și să aibă rezistență la uzură, rezistență la calcar și rezistență la căldură, adică capacitatea de a rezista la încălzirea și răcirea repetată fără formarea fisurilor la cald. În plus, oțelurile trebuie să aibă o călibilitate ridicată pentru a asigura o rezistență ridicată pe întreaga secțiune transversală a sculei și o conductivitate termică pentru o mai bună îndepărtare a căldurii de pe suprafețele de lucru ale ștampilei. Pentru fabricarea matrițelor de ciocan se folosesc oțeluri cu carbon mediu crom-nichel.
Motele de presare la cald funcționează în condiții mai dificile, unde încălzirea suprafeței în timpul deformării este de până la 600-700 ° C. Pentru fabricarea lor se folosesc oțeluri cu rezistență crescută la căldură. Materialele folosite pentru unelte sunt aliaje dure, care constau din carburi dure și o fază de liant. Sunt fabricate prin metalurgia pulberilor.
5. Oteluri si aliaje cu proprietati fizice deosebite
Oțelurile și aliajele cu proprietăți fizice speciale sunt împărțite în următoarele grupe:
v Oțeluri și aliaje magnetice:
Ш Oțelurile și aliajele duri magnetic sunt utilizate pentru fabricarea magneților permanenți. Pentru aceasta se folosesc oțeluri cu conținut ridicat de carbon, cu un conținut de carbon de 1%, aliate cu crom sau cu crom și cobalt.
Ш Oțelurile moi magnetice (oțel electric) sunt utilizate pentru fabricarea circuitelor magnetice DC și AC. Sunt destinate fabricării de armături și stâlpi ai mașinilor cu curent continuu, rotoarelor și statoarelor motoarelor asincrone, pentru circuitele magnetice ale mașinilor electrice mari, transformatoarelor de putere, dispozitivelor, dispozitivelor etc. Ca material moale magnetic, aliajele fier-siliciu cu conținut scăzut de carbon (0,05-0,005% carbon, 0,8-4,8% siliciu) sunt utilizate pe scară largă.
Ш Oțelurile paramagnetice (nemagnetice) sunt utilizate în inginerie electrică, fabricarea instrumentelor, construcțiile navale și în domenii speciale de tehnologie. Dezavantajul acestor oțeluri este limita de curgere scăzută, ceea ce face dificilă utilizarea lor pentru piese de mașini cu încărcare mare.
v Geamuri metalice (aliaje amorfe) - domeniul de aplicare este aproximativ același cu cel al oțelurilor magnetice moi.
v Oteluri si aliaje cu rezistenta electrica mare pentru elemente de incalzire.
v Aliaje cu un coeficient de temperatură dat de dilatare liniară - sunt utilizate pe scară largă în inginerie mecanică și fabricarea de instrumente. Cele mai comune aliaje fier-nichel (Invars).
v Aliaje cu efect de memorie a formei. La o solicitare peste limita elastica, dupa ce sarcina este indepartata, metalul nu isi reproduce dimensiunile si forma initiala. Aliaje descoperite relativ recent cu efect de „memorie de formă”. Aceste aliaje, după deformarea plastică, își refac forma geometrică inițială fie ca urmare a încălzirii (efectul „memoriei formei”), fie imediat după descărcare (superelasticitate). Cele mai comune aliaje care conțin fier sunt aliajele fier-nichel.
Fonta cenușie este utilizată pe scară largă în inginerie mecanică, deoarece este ușor de prelucrat și are proprietăți bune. În funcție de rezistență, fonta gri este împărțită în 10 grade. Având în vedere rezistența scăzută a pieselor turnate din fontă gri la sarcini de tracțiune și șoc, acest material ar trebui utilizat pentru piesele care sunt supuse sarcinilor de compresiune și încovoiere. În construcția de mașini-unelte, acestea sunt de bază, părți ale corpului, console, roți dințate, ghidaje; în industria auto - blocuri de cilindri, segmente de piston, arbori cu came, discuri de ambreiaj.
Fontele ductile se obțin din fierele cenușii prin inoculare cu magneziu sau ceriu. Comparativ cu fontele cenușii, proprietățile mecanice sunt îmbunătățite. Din fontă de înaltă rezistență, sunt realizate piese turnate cu pereți subțiri (inele de piston), ciocane de forjare, paturi și cadre de prese și mașini de laminat, matrițe, suporturi de scule și plăci frontale.
Fonta ductilă se obține prin recoacere a fontei albe. Din punct de vedere al proprietăților mecanice și tehnologice, fonta maleabilă ocupă o poziție intermediară între fonta cenușie și oțel. Dezavantajul fontei ductile în comparație cu fonta ductilă este limitarea grosimii peretelui pentru turnare și necesitatea recoacerii. Piesele turnate din fontă ductilă sunt utilizate pentru piesele care funcționează sub sarcini de șoc și vibrații.
Fontele feritice sunt folosite pentru realizarea carcaselor cutiei de viteze, butuci, cârlige, console, cleme, cuplaje, flanșe.
Fontele perlitice, caracterizate printr-o rezistență ridicată și o ductilitate suficientă, sunt folosite pentru a face furci din arbori cardanici, zale și role ale lanțurilor transportoare și saboți de frână.
Fontele racite sunt piese turnate a caror suprafata este formata din fonta alba, iar interiorul este fonta gri sau ductila. Au duritate mare a suprafeței și rezistență foarte mare la uzură. Folosit pentru fabricarea arborilor de rulare, roților de vagon cu jante albite, bilelor pentru morile cu bile.
Pentru fabricarea pieselor care funcționează în condiții de uzură abrazivă, se utilizează fontă albă aliată cu crom, crom și mangan, crom și nichel. Piesele turnate din fontă se caracterizează prin duritate ridicată și rezistență la uzură.
Concluzie
Am examinat principalele caracteristici și caracteristici ale poate cel mai utilizat material în industrie în acest moment. Din cele mai vechi timpuri, oamenii au folosit fierul și aliajele sale pentru a crea unelte, bijuterii, arme și articole de uz casnic. Astăzi, în industrie sunt folosite peste 10.000 de aliaje pe bază de fier. Niciun metal nu este capabil de astfel de transformări precum fierul și numai fierul își folosește pe scară largă proprietățile în aliere și tratament termic. Gama de proprietăți ale aliajelor sale este neobișnuit de largă: de la fier pur, moale precum plumbul, până la oțel de scule dur ca diamantul, de la dinam și tablă de transformare cu proprietăți magnetice speciale până la aliaje de fier nemagnetice, de la oțeluri speciale rezistente la uzură până la coroziune. -oteluri rezistente si inoxidabile. Alierea și tratamentul termic folosind presiune și radiații pot produce materiale de fier cu proprietăți incredibile. Și acesta nu este în niciun caz sfârșitul, ci doar începutul unui drum grandios de dezvoltare a metalurgiei fierului. Oamenii de știință sunt în permanență ocupați cu obținerea de noi date care contribuie la îmbunătățirea și crearea de noi metode de producere și prelucrare a materialelor pe bază de fier.
Bibliografie
1. Beckert M. Fier. Fapte și legende. Tradus din germană de G.G. Kefer. Moscova: Metalurgie, 1984. 232 p.
2. Lakhtin Yu.M., Leontieva V.P. Știința materialelor: manual. Ed. a VI-a, Alianța Editurii SRL, 2011. 528 p.
3. Checheta I.A. Procese tehnologiceîn inginerie mecanică. Parametri și definiții inițiale: tutorial/ I.A. Checheta. - Voronej: VPO „Universitatea Tehnică de Stat Voronej”, 2012. 200 p.
Găzduit pe Allbest.ru
...Documente similare
Clasificarea, marcarea și domeniul de aplicare a oțelurilor. Aliaje cu proprietăți fizice deosebite: precizie, magnetice, austenitice. Compoziția chimică a oțelurilor electrice. Cauciucuri naturale si sintetice. Proprietăți ale cauciucurilor pentru scopuri speciale.
test, adaugat 01.10.2013
Esența deformării plastice a metalelor și influența asupra acesteia a compoziției chimice, structurii, temperaturii de încălzire, vitezei și gradului de deformare. Determinarea oțelurilor aliate, compoziția lor. Aliaje de turnare pe bază de aluminiu: marcarea și proprietățile lor.
test, adaugat 19.11.2010
Proprietățile operaționale ale metalelor. Clasificare materiale metalice. Metale feroase și neferoase, aliajele lor. Oteluri pentru scule de taiere si masurat. Oteluri si aliaje cu proprietati deosebite. Aliaje de aluminiu și cupru. Aliaje cu „efect de memorie”.
lucrare de termen, adăugată 19.03.2013
Revizuirea compoziției oțelurilor simple de structură. Obținerea fontă și oțeluri aliate. Trăsături caracteristice ale aliajelor cupru-nichel. Utilizarea bronzurilor de aluminiu, nichel-argint, cupronickel în economia națională. Proprietățile mecanice ale aliajelor cupru-zinc.
prezentare, adaugat 04.06.2014
Clasificarea metalelor: tehnică, rare. Proprietăți fizice și chimice: magnetice, pământuri rare, nobile etc. Proprietăți ale materialelor structurale. Structura și proprietățile oțelurilor, aliajelor. Clasificarea otelurilor de structura. Oțeluri carbon.
rezumat, adăugat 19.11.2007
Clasificarea otelurilor. otel cu special proprietăți chimice. Marcarea otelurilor si aplicatii. Oteluri martensitice si martensitic-feritice. Materiale polimerice pe bază de matrici termoplastice, proprietățile lor. Exemple materiale. Caracteristici structurale.
test, adaugat 24.07.2012
Clasificarea otelurilor carbon dupa scop si calitate. Direcții pentru studiul transformării în aliaje ale sistemului fier-cementit și oțeluri de diferite compoziții în stare de echilibru. Determinarea continutului de carbon din otelurile studiate si gradele acestora.
munca de laborator, adaugat 17.11.2013
Formarea structurii și metode de studiere a proprietăților metalelor; diagrama de stare „fier-cementită”. Aliaje fier-carbon; tratarea termică a metalelor și aliajelor. Aliaje utilizate în industrie; alegerea aliajului pe bază de metal neferos.
test, adaugat 13.01.2010
Scopul și caracteristicile funcționării oțelurilor și aliajelor pentru scule, măsuri pentru asigurarea rezistenței la uzură a acestora. Cerințe pentru oțeluri pentru instrumente de măsurare. Proprietățile oțelurilor carbon și matrițe pentru deformare în diferite stări.
test, adaugat 20.08.2009
Proprietățile mecanice ale oțelurilor. Proprietăți mecanice de bază determinate pentru oțelurile cu conținut scăzut de carbon. Sarcini statice si dinamice. Influența azotului, oxigenului și hidrogenului. elemente de aliere și impurități. Oțeluri și aliaje de inginerie.
Aliajele de fier sunt cele mai utilizate în industrie. Principalele - oțelul și fonta - sunt aliaje de fier cu carbon. Pentru a obține proprietățile dorite, elementele de aliere sunt introduse în oțel și fontă. Structura și transformările de fază în aliajele fier-carbon, precum și fazele în aliajele de fier cu elemente de aliere, sunt considerate mai jos.
COMPONENTE ŞI FAZE ÎN SISTEMUL FIER-CARBUN
Fierul este un metal cenușiu. Număr atomic 26, masă atomică 55,85, rază atomică 0,127 nm. Fierul pur disponibil în prezent conține 99,999% Fe, clase tehnice 99,8-99,9 % Fe. Punctul de topire al fierului este de 1539 °C. Fierul are două modificări polimorfe a si u. Modificarea a-fierului există la temperaturi sub 910 ° C și peste 1392 ° C (Fig. 82). În intervalul de temperatură 1392-1539 ° C, a-iron este adesea denumit b-iron.
Rețeaua cristalină a fierului a este un cub centrat pe corp cu o perioadă rețelei de 0,28606 nm. Până la o temperatură de 768 °C, a-fierul este magnetic (feromagnetic). Temperatura de 768 ° C, corespunzătoare transformării magnetice, adică trecerea de la starea feromagnetică la starea paramagnetică, se numește punctul Curie și se notează A. g.
Densitatea fierului a este de 7,68 g/cm3.
Orez. 82. Curba de răcire a fierului pur (A)și diagrama microstructurii feritei a-Fe (b)și austenită y-Fe (c), X 150
y-fierul există la o temperatură de 910-
1392 °С; este paramagnetic.
Rețeaua cristalină a fierului-y este cubică centrată pe față (a =
0,3645 nm la 910°C).
Punctul critic de transformare a^=ty(pnc. 821 la 910 C C este notat, respectiv, Ac 3(la încălzire) și Ag b(la răcire). Punct critic de tranziție y ^ A la 1392 °C denotă Ac x(la încălzire) și Ag 4(la răcire).
Carbon este un element nemetalic din perioada II din grupa IV sistem periodic, număr atomic 6, densitate 2,5 g/cm 8 , punct de topire 3500 C, rază atomică 0,077 nm. Carbonul este polimorf. În condiții normale, există ca o modificare a grafitului, dar poate exista și ca o modificare metastabilă a diamantului.
Carbonul este solubil în fier în stare lichidă și solidă și poate fi, de asemenea, sub formă de compus chimic - cementită, și în aliaje cu conținut ridicat de carbon și sub formă de grafit.
În sistemul Fe-C se disting următoarele faze: aliaj lichid, solutii solide - ferita si austenita, precum și cementita si grafitul.
Ferită(F) - soluție solidă de carbon și alte impurități în a-fier. Distingeți a-ferita la temperatură joasă cu solubilitatea carbonului până la 0,02 % și 6-ferită la temperatură înaltă cu o solubilitate limită a carbonului de 0,1%. Atomul de carbon este situat în rețeaua de ferită din centrul feței cubului, unde este plasată o sferă cu o rază de 0,29 din raza atomică a fierului, precum și în locuri libere, pe dislocații etc. La microscop, ferita este detectată sub formă de granule poliedrice omogene (vezi Fig. 82, b).
Ferită (la 0,06 % C) are aproximativ următoarele proprietăți mecanice: a n = 250 MPa, a oa = 120 MPa, b 50 %, f ^ 80%, 80-90 HB.
austenita(A) - soluție solidă de carbon și alte impurități în fier-y. Solubilitatea limită a carbonului în fier-y este de 2,14%. Atomul de carbon din rețeaua fierului-y este situat în centrul celulei unitare (vezi Fig. 29b), în care se poate încadra o sferă cu o rază de 0,41# (# este raza atomică a fierului) și în regiunile defecte ale cristalului.
Diferitele volume de sfere elementare din rețelele bcc și fcc au predeterminat solubilitatea mult mai mare a carbonului în fierul y în comparație cu solubilitatea în fierul a. Austenita are ductilitate ridicată, limită de curgere scăzută și rezistență. Microstructura austenitei este granule poliedrice (Fig. 82, în).
Cementită(C) este un compus chimic al fierului cu carbon - carbură de fier Fe 3 G. Cementitul conține 6,67% C. Cementitul are o rețea rombică complexă cu o împachetare densă de atomi. Punctul de topire al cementitului nu a fost determinat cu precizie din cauza posibilității de descompunere a acestuia. Până la o temperatură de 210 b C, notat A 0, cementitul este feromagnetic. Caracteristicile cementitei sunt duritatea mare de 1000 HV și ductilitatea foarte scăzută. Cementitul este o fază metastabilă. În condiții de echilibru, grafitul se formează în aliaje cu un conținut ridicat de carbon.
Grafit are un strat hexagonal (vezi Fig. 88, A) rețea cristalină. Distanțele interatomice din rețea sunt mici și se ridică la 0,142 nm, distanța dintre planuri este de 0,340 nm. Grafitul este moale, are rezistență scăzută și conductivitate electrică.
În aliajele Fe-G, există două faze cu conținut ridicat de carbon: metastabil - cementit și stabil - grafit. Prin urmare, se disting două diagrame de stare - Fe-Fe 3 G metastabil și Fe-G stabil (grafit).
- Denumirile Ac și Ag provin din literele inițiale ale cuvintelor franceze: A - arreter - stop (platformă pe curba de răcire), c - choffage-heating ig - refroidissnwnt - răcire.
