Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
книга_5.docx
Скачиваний:
16
Добавлен:
01.03.2016
Размер:
166.01 Кб
Скачать

Таблиця 3.4. Класифікація арматурних сталей (ГОСТ 5058-65, ГОСТ 10884-71)

Клас сталі

Властивості (не менше)

Марка сталі

σв,

кгс/мм2

σт (0,2), кгс/мм2

δ, %

в гарячеката-ному стані

в термозміц-неному стані

А-І

А-ІІ

А-ІІІ

А-ІV

А-V

А-VІ

А-VІІ

А-VІІІ

38

50

60

90

105

120

140

160

24

30

40

60

80

100

120

140

25

19

14

6

6

5

5

4

Ст3

Ст5; 18Г2С

35ГС;25ГС2

20ХГ2Ц;80С

23Х2Г2Т

Ст5

Ст5; 35ГС

Ст6; 35ГС

45С

45ГС

Таблиця 3.5. Хімічний склад арматурних сталей, % (ГОСТ 5781-75)

Сталь

С

Mn

Si

25Г2С

35ГС

20ХГ2Ц*

80С

45С

0,20 – 0,29

0,30 – 0,37

0,19 – 0,26

0,74 – 0,82

0,40 – 0,48

1,2 – 1,6

0,8 – 1,2

4,5 – 1,9

0,5 – 0,8

0,5 – 0,8

0,6 – 0,9

0,6 – 0,9

0,4 – 0,7

0,6 – 1,0

1,0 – 1,3

* містить 0,9 – 1,2% Cr; 0,07 – 0,14% Zn.

Властивості, що відповідають класу А-ІV, можуть бути отримані в гарячекатаному стані в легованих сталях марок 20ХГ2Ц або 80С чи в простій вуглецевій сталі марки Ст5 після зміцнюючої термічної обробки (гартування у воді, відпуск при 400оС), а також у низьколегованих маловуглецевих сталях після гартування з прокатного нагріву.

Арматуру більш високих класів (А-VІ…АVІІІ) виготовляють тільки із застосуванням зміцнюючої термічної обробки.

Низьковуглецева арматурна сталь (менше 0,26% С) гарно зварюється контактною зваркою. При кількості вуглецю 0,3 – 0,4% сталь контактною зваркою зварюється погано, а при більшій кількості вуглецю взагалі не зварюється.

Для роботи при низьких температурах краще застосовувати сталі з більш низьким вмістом вуглецю або сталі після термічної обробки.

3.7. Сталі спеціального призначення

У техніці часто виникає необхідність у конструк-ційних матеріалах з особливими властивостями. Наприклад, у приладобудівництві часто впаюють нагрів-ники, електроди чи арматурну сітку в скло. Але ж різний коефіцієнт лінійного розширення металу та скла може привести до руйнування скла. У такому разі треба мати сплави із заданим або малим коефіцієнтом лінійного розширення.

Так, при виготовленні телевізійних кінескопів, ламп розжарення та інших вакуумних приладів без таких сплавів не обійтися.

До таких матеріалів належать залізонікелеві сплави (інвар), залізохромисті феритні сплави 18ХТФ і 18ХМТФ.

Велика потреба в техніці виникає в сплавах з особливи­ми фізичними властивостями. До них належать магнітні сталі і сплави. Вони можуть бути магнітотверді та магнітом’які. З магнітотвердих сталей і сплавів виготов-ляють постійні магніти. Вони характеризуються високими значеннями коерцитивної сили, залишкової індукції та магнітної енергії.

Для досягнення необхідних властивостей склад і технологію виробництва магнітотвердих матеріалів підбирають так, щоб в максимальній мірі зафіксувати нерівноважний структурний стан феромагнетика з висо-кими внутрішніми напруженостями. Для цього проводять такі види обробки, як гартування і старіння, модифіціювання та інші, які викликають викривлення кристалічної решітки, утворення дисперсних фаз та подрібнення зерен.

Найбільш поширеною і дешевою для виготовлення невеликих і невідповідальних магнітів є сталі марок У8 – У10. Більш якісними є хромисті та кобальтові сталі.

Для виготовлення високоякісних магнітів застосо-вують сплави алні, алністі, альніко (магніко). Магніти із цих сталей отримують методом точного лиття, поскільки їх обробка можлива тільки шліфуванням.

Магнітом'які матеріали характерні тим, що мають малу коерцитивну силу та високу магнітну проникність. Магнітом’які матеріали розподіляються натри групи: низькочастотні, високочастотні та матеріали з особливими магнітними властивостями.

Найбільш простим за складом магнітом’яким матеріалом є чисте залізо. Чим воно чистіше, тим має вищу магнітну проникність.

Трансформаторна та дінамна сталі містять біля 0,1% вуглецю і 0,8 – 4,8% кремнію.

Якщо необхідно, щоб сплав мав високу початкову магнітну проникність в слабих магнітних полях, то до його складу вводять нікель (35 – 85%) з добавкою 3 – 4% молібдену. Такі сплави називають пермалоями.

3.8. Чавуни

Чавун – це залізовуглецевий сплав, який має вуглецю від 2,14 до 6,67%.

Від сталі чавун відрізняється як за хімічним складом, так і за будовою.

Таблиця 3.6. Вміст деяких хімічних елементів у чавуні та сталі, %

Елементи

Вміст

Чавун

Сталь

Вуглець

Кремній

Марганець

Сірка

Фосфор

2,14 – 6,67

0,5 – 4,5

0,4 – 1,3

до 0,05

0,08 – 0,12

0 – 2,14

0,5 – 0,6

0,7 – 0,8

до 0,03

до 0,05

Суттєвою відмінністю чавуну від сталі є те, що в чавунах переважна більшість вуглецю знаходиться у вигляді графіту (за винятком білого чавуну). У чавунах не виділяється в графіт до 0,8% вуглецю. Таким чином, чавун має стальну основу (доевтектоїдної або евтектоїдної сталі) й графіт.

Наявність графіту в чавуні визначає його властивості. У залежності від стану вуглецю чавуни розділяють на білі та сірі. У білих чавунах ввесь вуглець знаходиться у зв’язаному стані у вигляді карбіду. Вони дуже тверді та крихкі, погано обробляються різанням. Використовуються білі чавуни для виготовлення окремих деталей та ковкого чавуну.

Білими вони називаються тому, що на зламі мають білий колір і характерний металічний блиск. Зовні він схожий на сталь.

У сірих чавунах переважна більшість вуглецю знаходиться у вигляді графіту. У зв’язаному стані в сірих чавунах вуглецю знаходиться не більше 0,8%. Це обумовлене тим, що при кристалізації розплавленого чавуну створюються сприятливі умови для утворення графіту. Розплав чавуну має дуже малі частинки різних включень, у тому числі графіту. На цих частинках починається кристалізація графіту. Робота утворення зародків графіту може і не більше роботи утворення цементиту, але остання обставина спонукає вуглець об'єднуватись у графіт навіть після лінії солідус.

Введення в чавун різних домішок може привести до виникнення додаткових центрів кристалізації графіту. Наявність графіту в чавуні зумовлює його колір. Сірий чавун на зламі має темно-сірий колір.

Залежно від умов кристалізації графіт може об’єднуватись в області різної форми. Якщо розплавлений чавун охолоджувати повільно, то графіт розташовується пластинами, пелюстками (рис. 3.4, а).

а) б)

в) г)

Рис. 3.4

Такий чавун називається пластинчатим. Пластини графіту порушують суцільність чавуну, утворюють своєрідні тріщини. Чим більше графіту і чим він у більших пластах залягає, тим нижчі механічні характеристики чавуну. Знижується майже до нуля пластичність та міцність на розрив. Якщо подробити графіт у чавуні, він стає більш міцним. Твердість і міцність на стискування такого чавуну визначається стальною основою. За структурою металічної основи чавуни розділяються на феритні, феритно-перлітні та перлітні. Тип стальної основи визначає міцність сірого чавуну. Найбільш міцними є перлітні чавуни. Із них виготовляють стани­ни потужних верстатів, гільзи двигунів внутрішнього згорання, поршні, кільця, блоки двигунів тощо. Феритні та феритно-перлітні чавуни використовують для виготовлення невідповідаль-них деталей – фундаментних плит, корпусів редукторів та насосів, ступиць тощо.

Таблиця 3.7. Марки та хімічний склад чавунів з пластинчастим графітом

Марка чавуну

Масова частка елементів, %

вуглецю

кремнію

марганцю

фосфору

сірки

не більше ніж

СЧ 10

СЧ 15

СЧ 20

СЧ 25

СЧ 30

СЧ 35

3,5 – 3,7

3,5 – 3,7

3,3 – 3,5

3,2 – 3,4

3,0 – 3,2

2,9 – 3,0

2,2 – 2,6

2,0 – 2,4

1,4 – 2,4

1,4 – 2,2

1,3 – 1,9

1,2 – 1,5

0,5 – 0,8

0,5 – 0,8

0,7 – 1,0

0,7 – 1,0

0,7 – 1,0

0,7 – 1,1

0,3

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,12

Таблиця 3.8. Марки, механічні та фізичні властивості чавунів з пластинчастим графітом

Марка чавуну

Механічні властивості

Фізичні властивості

σв, МПа, не менше ніж

НВ

густина γ, кг/м3

лінійна усадка ε, %

СЧ 10

СЧ 15

СЧ 20

СЧ 25

СЧ 30

СЧ 35

100

150

200

250

300

350

120 – 205

130 – 241

143 – 255

156 – 260

163 – 270

179 – 290

6800

7000

7100

7200

7300

7400

1,0

1,1

1,2

1,2

1,3

1,3

Для поліпшення механічних властивостей чавуну графіт треба закруглити, найкраще об'єднати у формі кульок. Такий чавун називають високоміцним (рис. 3.4, б). Щоб об'єднати графіт у кульки в чавун добавляють марганець. Одночасно з ним, або дещо пізніше, в рідкий чавун уводять феросіліцій. Кулькоподібний графіт менше послаблює металічну основу, ніж пластинчатий. Як і сірі пластинчаті, високоміцні чавуни можуть мати феритну, феритно-перлітну і перлітну основи.

Механічні властивості високоміцного чавуну дозволяють застосовувати його для виготовлення деталей машин, які працюють у важких умовах, замість стальних. Із них виготовляють деталі прокатних станів, ковальсько-пресового обладнання, парових турбін, тракторів, автомобілів. Так, наприклад, колінчатий вал легкового автомобіля «Волга» виготовляється з високоміцного чавуну з певними легуючими компонентами (3,4 – 3,6% С; 1,8 – 2,2% Si; 0,96 – 1,2% Мп; 0,16 – 0,30% Cr; S< 0,01%; Р < 0,06%; 0,01 – 0,03% Mg).

Низький вміст сірки й фосфору та невеликий вміст інших хімічних елементів забезпечується тим, що такий чавун виплавляють не у вагранках, а в електричних печах. Після термічної обробки механічні властивості чавуну отримуються дуже високими.

Таблиця 3.9. Марки та механічні властивості чавунів з кулястим графітом

Марка чавуну

σв, МПа

σ0,2, МПа

δ, %

НВ

не менше ніж

ВЧ 350-22

ВЧ 400-15

ВЧ 450-10

ВЧ 500-7

ВЧ 600-3

ВЧ 700-2

ВЧ 800-2

ВЧ 900-2

ВЧ 1000-2

350

400

450

500

600

700

800

900

1000

230

260

320

340

390

420

490

600

700

22

15

10

7

3

2

2

2

2

140 – 170

140 – 202

140 – 225

153 – 245

192 – 277

228 – 302

248 – 351

280 – 360

270 – 360

Проміжним станом графіту між пластами та кульками може бути графіт у вигляді пластівців. Такий чавун називають ковкий (рис. 3.4, в). Цю назву він має не тому, що його можна ковати, а тому, що він пластичніший, ніж пластинчатий. Ковкий чавун отримують з білого чавуну з перлітно-цементитною структурою.

У залежності від структури металічної основи розділяють ковкий феритний чавун і ковкий перлітний чавун. Феритні ковкі чавуни отримують з білих чавунів, які виплавлені дуплікс-процесом і вміщують 2,4 – 2,8% вуглецю; 0,8 – 1,4% кремнію; 0,4 – 0,3% марганцю. Для захисту від окислення при відпалу відливки із білого чавуну укладують у спеціальні металічні ящики та засипають піском, стальними стружками або шамотом. Відпал білого чавуну (рис. 3.5) полягає в повільному нагріві (20 – 25 годин) до температури 950 – 1000°С і тривалій витримці (10 – 15 годин) при цій температурі.

Вміст С, % (по вазі)

Рис. 3.5. Графік відпалу

У процесі витримки відбувається перша стадія графітизації, яка полягає в розпаді евтектичного і надлишкового вторинного цементиту, який у невеликій кількості є при цій температурі. У кінці витримки закінчується перша стадія графітизації й чавун складається з аустеніту та включень вуглецю відпалу. Потім температура знижується до 720 – 740°С і знову чавун витримується протягом 25 – 30 годин. У цей час відбувається друга стадія графітизації, яка полягає в тому, що розпадається цементит з перліту.

Перлітні ковкі чавуни отримуються з білих чавунів, які виплавлені у вагранках. Для зменшення вмісту вуглецю відпал проводять в окислюючому середовищі. Для цього відливки засипають окалиною або подрібненою залізною рудою, нагрівають до температури близько 1000°С , тривалий час витримують (перша стадія графіцізації) і повільно охолоджують до кімнатної температури.

Перлітні ковкі чавуни мають менше застосування, ніж феритні. З ковкого чавуну виготовляють деталі високої міцності, здатні витримати ударні навантаження і які працюють в умовах підвищеного зносу – картер заднього мосту, гальмівні колодки, ступиці, шестерні тощо.

Таблиця 3.10. Марки та механічні властивості ковких чавунів

Марка чавуну

σв, МПа

δ, %

НВ

не менше ніж

КЧ 30-6

КЧ 33-8

КЧ 35-10

КЧ 37-12

КЧ 45-7

КЧ 50-5

КЧ 55-4

КЧ 60-3

КЧ 65-3

КЧ 70-2

КЧ 80-1,5

300

330

350

370

450

500

550

600

650

700

800

6

8

10

12

7

5

4

3

3

2

1,5

100 – 163

100 – 163

100 – 163

100 – 163

150 – 207

170 – 230

192 – 241

200 – 269

212 – 269

241 – 285

270 – 320

У випадках, коли крім міцності чавун повинен мати ті чи інші специфічні властивості (зносостійкість, жаростійкість, хімічну стійкість тощо), виготовляють спеціальні чавуни. Наприклад, магнітний чавун, який використовують для виготовлення корпусів електричних машин, рам, щитів тощо. До такого чавуну відносять феритний з кулькоподібним графітом. Немагнітний чавун, який використовують для виготовлення кожухів і бандажів різних електричних машин. Це нікеле-марганцевий чавун. Аустенітний чавун – кислотостійкий, лугостійкий та жаростійкий. Це нірезіл (2% хрому, 14% нікелю, 7% міді) та нікросілал (5% кремнію, 18% нікелю, 2% хрому). Жаростійкий чавун включає 20 – 25% алюмінію.

Значні перспективи у використанні високоміцного чавуну виникають у зв'язку з останніми дослідженнями українських учених. Відкриття «карбідного ефекту» дозволяє крім магнію в якості модифікатора використовувати ітрій, гадоліній, церій, лантан, скандій, тербій, ітербій, стронцій та деякі інші сфероїдизатори графіту. Для практики особливий інтерес має кальцій. В природі його майже стільки ж, як і заліза. Кальцій, як і магній, також дає «карбідний ефект», зі своїми особливостями, які необхідно враховувати. Як тільки було визначено умови, за яких кальцій стає сфероїдизатором графіту, стало очевидним, що необхідно для модифікування чавуну застосовувати лише кальцієвмісні комплексні модифікатори.

Суть «карбідного ефекту» зводиться до того, що в усіх випадках утворенню кулястого графіту передує утворення карбідів магнію, церію, ітрію у нікель-вуглецевих та кобальт-вуглецевих сплавах карбідів нікелю, кобальту та їх подальший розпад із зародженням та ростом графіту.

За допомогою таких модифікаторів розроблені технології отримання зносостійких гальмівних колодок для залізничного транспорту, гальмівних барабанів для автомобільного транспорту, тонкостінних відливок з високоміцного чавуну з кулястим графітом, надійних і довговічних робочих органів нафтодобувних та інших насосів, а також багато інших виробів.

Високоміцний чавун за багатьма показниками не лише не поступається перед вуглецевими та легованими марками сталі, але й у багатьох випадках значно перевищує їх. Наприклад, труби вантажної системи танкера, що виготовлені з цього матеріалу, знаходяться в експлуатації без заміни 20 – 25 років, а вантажна система із сталевих труб виходить з ладу в умовах морського агресивного середовища за 2 – 3 роки експлуатації.

Література

  1. Актуальные проблемы материаловедения. Вып. 1 / Пер с англ. Е.И. Гиваргизова, М.М. Колтуна. – М.:Мир, 1982. – 271 с.

  2. Гетта В.Г. Технологія конструкційних матеріалів. – Чернігів: 2001. – 330 с.

  3. Бялік та ін. Металознавство. – К: Політехніка, - 2002. – 383 с.

  4. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1987. – 456 с.

  5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

  6. Попович В. та ін. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. – Львів: Видавництво «Світ», 2006. – 610 с.

Питання для самостійної роботи

  1. Як впливають розміри атомів компонентів та домішок на властивості залізовуглецевих сплавів?

  2. Прочитайте марки сталей: МБСт3нс; У12; З6М5.

  3. Що потрібно зробити зі сталлю У12, щоб отримати сталь У12А?

  4. Як маркують чавуни?

Розділ IV. ОСНОВИ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]