Читать книгу Производство заготовок. Трубы - А. С. Килов - Страница 5

Железоуглеродистые сплавы, в основном, классифицируют по содержанию углерода. По этому признаку их подразделяют на стали содержащие углерода менее 2,14 % и чугуны – углерода более 2,14 %.

1.2.1 Стали

Жесткие, прочные, стойкие к удару и нагреву детали изготавливают из конструкционной углеродистой или легированной стали. По назначению стали бывают конструкционные, инструментальные и специальные.

По качеству все стали подразделяют по содержанию серы и фосфора на обыкновенные (до 0,05 % S и 0,04 % Р), качественные (не более 0,04 % S и 0,035 % Р), высококачественные (не более 0,025 % S и 0,025 % Р) и особовысококачественные (не более 0,015 % S и 0,025 % Р).

На качество и свойства стали существенное влияние оказывают постоянные примеси, которые бывают постоянные, скрытые и случайные.

Постоянные примеси – Mn (от 0,3 до 0,7 %), Si (от 0,2 до 0,4 %), S и P (до 0,03 %);

Скрытые – O₂, H₂, N.

Случайные – Ni, Cr (от месторождения).

Углерод – его увеличением повышается твердость и прочность, уменьшается пластичность и вязкость.

Mn и Si – полезные примеси и их добавляют при раскисании.

Сера и фосфор – повышают хрупкость, причем сера повышает хрупкость при нагреве (красноломкость), а фосфор вызывает хладоломкость.

Газы (O₂, N, H₂) – разрыхляют металл, снижают его деформируемость, повышают хрупкость, металл крошится.

Углеродистые стали (состав в масс. процентах: от 0,12 до 0,6 С; от 0,2 до 0,5 Si; от 0,5 до 0,8 Мп; до 0,05 Р и до 0,05 S) имеют более высокие механические свойства, чем серый и ковкий чугуны. Их применяют для изготовления различных цилиндров, станин прокатных станов, зубчатых колес и других изделий. Качественная углеродистая конструкционная сталь обозначается сотыми долями процента углерода, например, сталь 35 содержит примерно 0,35 % углерода.

Легированные стали отличаются от углеродистых составом легирующих, т. е. дополнительно добавленных элементов (хром, никель, молибден, титан и др.) или повышенным содержанием марганца и кремния. Легирующие элементы придают стали высокую коррозионную стойкость, жаропрочность и другие специальные свойства. Легированная конструкционная сталь обозначается буквенно-цифровым индексом, например, сталь марки 45ХН2А. Цифра 45 – сотые доли процента углерода, буквы – обозначение легирующих элементов Х – хром, Н – никель, цифра 2-процентное содержание элемента в легированной стали, никеля – примерно 2 %, отсутствие цифры после буквы указывает, что количество легирующего элемента (хрома) ~1 %, обозначение других легирующих элементов Г – марганец, С – кремний, В – вольфрам, Т – титан, Ю – алюминий, Д – медь, М – молибден, Ф – ванадий, Б – ниобий, Р – бор, К – кобальт. Значение буквы А в маркировке стали зависит от места ее написания. В начале шифра она обозначает автоматную сталь, в середине шифра – количество азота в сплаве, в конце шифра – высококачественную сталь. Из легированных сталей получают турбинные лопатки, коллекторы выхлопных систем, различную арматуру и прочие подобные детали.

Инструментальные стали бывают углеродистые, обозначают от У 7 до У 13 (цифры означают десятые доли процента углерода в сплаве) и легированные, например, 9ХС, ШХ9, ШХ15 и стали карбидного класса Х12М, Х6ВФ, в том числе и быстрорежущие (рапид) Р6М5 и Р18 (цифра после Р – процентное содержание вольфрама в сплаве).

1.2.2 Чугуны

Статически нагруженные детали преимущественно изготавливают из чугуна, так как он дешевле стали. В зависимости от состояния углерода в сплаве чугуны подразделяют на белые, серые, высокопрочные и ковкие.

Белые чугуны – в них весь углерод связан с железом в виде цементита.

Подразделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Из–за большого количества цементита эти чугуны твердые и хрупкие и для изготовления деталей машин практически не используются.

В серых чугунах углерод частично представлен в виде пластинчатого графита (рисунок 3). Приняты следующие его марки: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 25, СЧ 35 (цифры показывают временное сопротивление при растяжении (МПа), уменьшенное в 10 раз).

а – серого; б – высокопрочного; в – ковкого

1 – пластинчатый графит; 2 – шаровидный графит; 3 – хлопьевидный графит; 4 – феррит; 5 – перлит

Рисунок 3 – Схемы микроструктур чугуна

Серый чугун (состав в %: от 2,8 до 3,5 С; от 1,8 до 2,5 Si; от 0,5 до 0,8 Мп; до 0,6 Р и до 0,12 S) имеет достаточно высокую прочность, высокую циклическую вязкость, легко обрабатываем и дешев. Недостатком серого чугуна является низкая ударная вязкость и хрупкость. Из серого чугуна изготовляют детали с повышенной прочностью, работающие при высоких нагрузках или тяжелых условиях износа (станины станков, корпуса редукторов, шкивы и др. отливки).

Высокопрочный чугун (состав в масс. процентах: от 3,2 до 3,6 С; от 1,6 до 2,9 Si; от 0,4 до 0,9 Мп; не более 0,15 Р; не более 0,02 S; не менее 0,04 Мg) обладает высокой прочностью, пластичностью, хорошо обрабатывается. Высокие механические свойства этих чугунов получают обработкой расплавленного чугуна магнием или церием, при которой графит принимает шаровидную форму (рисунок 3 б).

В ковких чугунах (КЧ 30-6, КЧ 35-8, КЧ 37-12, КЧ 45-7, КЧ 60-3 и КЧ 80-1,5) графит имеет хлопьевидную форму. Первая цифра, как и в других чугунах, указывают уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления при растяжении (МПа), а вторая – значение относительного удлинения в процентах. Ковкий чугун (состав в масс. процентах: от 2,4 до 2,8 С; от 0,8 до 1,4 Si; менее 1 Мп; примерно 0,2 Р и 0,1 S) по прочности превосходит серые чугуны и имеет высокую пластичность. Получают ковкий чугун при отжиге отливок из белого чугуна (в белом чугуне углерод почти полностью находится в связанном состоянии в виде Fe₃C) в течение до 60 ч при температуре от 900 до 1050 °C. Из ковких чугунов изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, и способные принимать ударные и знакопеременные нагрузки (корпусов пневматического инструмента, ступиц, кронштейнов, звеньев цепей и других деталей).