Микроструктура и свойства чугунов

Классификация и маркировка углеродистых сталей.

Углеродистые стали классифицируются по структуре, по способу производства, по степени раскисления, по назначению и по качеству.

По структуре стали подразделяют: эвтектоидные, доэвтектоидные и заэвтектоидные. Доэвтектоидные стали содержат менее 0,8% углерода по массе. Их структура состоит из зёрен феррита и перлита. Эвтектоидные стали содержат 0,8% углерода, состоят только из зёрен перлита. Заэвтектоидные содержат более 0,8% углерода и наряду с перлитом в их структуре присутствует вторичный цементит, растворяющийся по границам зёрен перлита в виде своеобразной сетки.

По способу производства стали подразделяются на кислородоконвекторные, мартенситные электростали. Всё зависит от агрегата, в котором выплавлялась сталь.

По степени раскисления стали бывают: спокойные, полуспокойные и кипящие.

По назначению стали бывают: конструкционные, используемые для изготовления деталей машин, конструкций, т.е. это стали подвергаемые обработке, и инструментальные, которые используются для изготовления мерительного или ударного инструмента.

По качеству углеродистые стали бывают обычного качества и качественные. Качественные стали отличаются меньшим содержанием вредных примесей.

Маркировка стали зависит от качества и назначения. Углеродистые стали обычного качества имеет трети группы поставки: А, Б, В. Стали группы А поставляются с гарантированными механическими свойствами. Эти стали используются в состоянии поставки без дополнительной обработки. Стали группы Б поставляются с гарантированным химическим составом, механические при этом не гарантируются. Эти стали подвергаются термообработки или обработке давлением, в результате структура и свойства изменяются. Гарантированный химический состав не обходим для выбора оптимального режима термообработки. Стали группы В поставляются с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Эти стали используются главным образом для изготовления сварных конструкций, в которых часть поверхности подвергается термообработке, а другая нет.

Все стали обычного качества маркируются буквами Ст, после которых стоит цифра от 0 до 6. Для сталей группы Б, В в начале марки ставится соответствующая группа. У сталей группы А буквы не ставят. В конце марки ставится степень раскисления: КП – кипящая, СП – спокойная, ПС – полуспокойная.

Ст3КП – углеродистая сталь обычного качества, группы поставки А, с номером 3, кипящая.

БСт4ПС – сталь группы Б, №4, полуспокойная.

Чем выше номер стали группы А, тем выше её прочностные характеристики. У стали группы Б с увеличением номера возрастает содержание углерода. У сталей группы В свойства так же у стали группы А, а химический состав такой же у стали группы Б соответствующего номера.

Информацию о механических свойствах и химическом составе обычной стали необходимо уточнять в справочной или в паспорте стали.

Качественные конструкционные стали маркируются иначе. А именно цифрами 08, 10, 15, 20 … 85 – эти цифры означают содержания углерода в сотых долях процента. Степень раскисления обозначают в конце марки буквами КП и ПС. Для спокойных сталей степень раскисления не указывается. Например, сталь 40 – это качественная конструкционная углеродистая сталь, содержащая 0,4% углерода по массе, спокойная.

Ст60ПС - … полуспокойная.

Качественные углеродистые стали, с содержанием углерода от 0,7 до 1,3% обычно используют в качестве инструментальной стали. Эти стали маркируются буквой У, после которой стоят цифры, означающие содержание углерода в десятых долях процента.

У7 – инструментальная сталь с содержанием углерода 0,7%.

У13 – качественная инструментальная сталь с содержанием углерода 1,3%.

В зависимости от того в каком состоянии находится углерод в чугунах, чугуны подразделяются на белые и графитные. В белых чугунах углерод находится в связанном состоянии, т.е. в виде химического соединения (цементита). В графитных чугунах углерод в основном находится в свободном состоянии, т.е. в виде графитных включений различной формы. Белые чугуны на изломе выглядят белыми (блестящими), от чего и получил такое название. Белые чугуны отличаются от графитных чугунов более высокой твёрдостью и хрупкостью. По структуре белые чугуны подразделяются на: эвтектические, доэвтектические и заэвтектические. Эвтектические чугуны содержат 4,3% углерода по массе и имеют структуру ледебурита, представляющего собой перлит с цементитом. Доэвтектические белые чугуны содержат углерода от 2,14 до 4,3%. В их структуре по мимо ледебурита, присутствует перлит и вторичный цементит. Чем ближе состав к эвтектоидному, тем больше в структуре ледебурита. Заэвтектические белые чугуны содержат углерода 4,3% до 6,67% по массе. В их структуре, по мимо ледебурита, наблюдается первичный цементит.

Графитные чугуны, в отличии от белого, имеет меньшую твёрдость и прочность, поскольку сам графит мягок по сравнению с цементитом. На изломе графитные чугуны из-за графитных включений, выглядит серым. Они марают руки и на ощупь кажутся маслянистыми. Графитные чугуны отличаются от белых лучшими литейными характеристиками, более высокой жидко текучестью. Они устойчивы к надрезам поверхности, значительно лучше обрабатываются резанием, обладают демпферирующими свойствами, поэтому их используют в изготовлении станин для молотов и т.д. Они также обладают хорошими анти фрикционными свойствами, т.е. из-за смазывающего эффекта они хорошо работают в парах трения. В зависимости от формы графитных включений, графитные чугуны подразделяются на: серые, ковкие и высокопрочные. Серые чугуны имеют пластинчатую форму графитных включений.

В ковких чугунах графитные включения имеют хлопьевидную форму. Высокопрочные – шаровидные включения. Эти графитные включения находятся в той или иной металлической матрице. Металлическая матрица может быть перлитной, ферритной или феррито-перлитной. Таким образом получается 9 типов графитных чугунов. Перлитная металлическая матрица имеет наилучшие прочностные характеристики. Ферритная матрица придаёт чугунам мягкость. Феррито-перлитная занимает промежуточное положение. Из всех графитных чугунов наименьшей прочностью обладает серые чугуны, а наибольшей – высокопрочные. Это объясняется тем, что графитные включения пластинчатой формы, будучи острыми на краях, являются лучшими концентраторами механических напряжений, чем графитные включения шаровидной формы. Поэтому трещины, разделяющие образец на части, лучше распространяется по графитным включениям пластинчатой формы.

Ковкие чугуны по прочностным характеристикам занимают промежуточное положение.

Графитные чугуны маркируют буквами: СЧ – серые чугуны, КЧ – ковкие чугуны, ВЧ – высокопрочные чугуны. После этих букв стоит цифра, которая отражает предел прочности на растяжение. Через дефис может стоять вторая цифра, которая у ковких чугунов означает относительное удлинение в процентах.

КЧ45-12 – ковкий чугун, с пределом прочности 450 МПа и 12% относительным удлинением.

Дата добавления: 2014-01-07