Железоуглеродистые сплавы

1. Железоуглеродистые сплавы

ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ
СПЛАВЫ

2. Форму поперечного сечения прокатанного металла называют профилем

ФОРМУ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПРОКАТАННОГО
МЕТАЛЛА НАЗЫВАЮТ ПРОФИЛЕМ
Совокупность различных профилей разных
размеров называют сортаментом.
Его делят на следующие группы:
- заготовки,
- сортовой прокат,
- листовой прокат,
- трубы,
- спец.прокат

3. Сортовой прокат по профилю делят:

СОРТОВОЙ ПРОКАТ ПО ПРОФИЛЮ ДЕЛЯТ:
Простой геометрической формы:
- квадрат,
- круг,
- шестигранник,
- прямоугольник
Сложной фасонной формы:
ГОСТ8240 - швеллеры,
ГОСТ8239 - двутавровые балки,
ГОСТ8732 – бесшовные горячекатанные трубы,
ГОСТ8509 – уголки равнополочные из
горячекатанной стали
ГОСТ8510 – уголки неравнополочные из
горячекатанной стали

4. Листовой прокат подразделяют:

ЛИСТОВОЙ ПРОКАТ
ПОДРАЗДЕЛЯЮТ:
По назначению:
- судостроительный,
- электротехнический,
- автолист
По толщине:
- 4 – 160 мм – толстолистовой металл,
- 0,2 – 4 мм – тонколистовой металл,
Меньше 0,2 мм - фольга

5. Трубы различают:

ТРУБЫ РАЗЛИЧАЮТ:
по назначению;
- по способу изготовления:
(бесшовные и сварные)
-

6. Специальные виды проката:

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ
ПРОКАТА:
Колеса и оси
железнодорожных вагонов;
Кольца,
Зубчатые колеса,
Периодические профили и
т. д.

7. Для получения чугуна необходимо приготовить шихту – смесь сырых материалов, подлежащую переработке в доменных печах.

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА НЕОБХОДИМО ПРИГОТОВИТЬ ШИХТУ –
СМЕСЬ СЫРЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОДЛЕЖАЩУЮ ПЕРЕРАБОТКЕ В
ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ.
Для выплавки 1 тонны чугуна
расходуется:
2 -2,2 тонны железной руды;
0,7 -1,1 тонны кокса
0,25 -0,5 тонны флюса (известняк и
кремнезем)
Около 5 тонн воздуха
Кроме чугуна образуется:
0,6 тонны шлака
6 -6,5 тонны доменного (колошникового) газа

8. Основная продукция черной металлургии

ОСНОВНАЯ ПРОДУКЦИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Передельный белый чугун – до 90%
всего выплавляемого чугуна;
Литейный серый чугун – предназначен
для производства фасонных отливок
способами литья на машиностроительных
заводах;
Доменные ферросплавы;
Стальные слитки;
Прокат.

9. Современное металлургическое производство является фактически безотходным производством

СОВРЕМЕННОЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО
ЯВЛЯЕТСЯ ФАКТИЧЕСКИ БЕЗОТХОДНЫМ
ПРОИЗВОДСТВОМ
Побочные продукты:
- доменный шлак
- колошниковый газ

10.

Доменный шлак –
легкоплавкое соединение
флюса (СаСО3 –
известняка) с пустой
породой руды и золой Кислые шлаки
топлива.
отличаются высокой
прочностью, при продувке
их воздухом получается
шлаковата.
Основные шлаки
идут на изготовление
строительных
материалов: цемента,
шлакоблоков, гравия

11.

Колошниковый газ,
его теплотворная
способность составляет
800 -1000 ккал/м3.
После очистки используется в
качестве высококалорийного
топлива в металлургических цехах,
коксовых батареях

12.

В основе производства чугуна лежит
процесс восстановления Fе из
его окислов.
Восстановителями являются
Топливо
выполняет две
роли:
- источник тепла ,
- источник
углерода.
образующиеся в ходе
доменного процесса окислы
углерода, сажистый углерод и
водород.
В результате химических
процессов железная руда отдает
О2, а выделяющееся при высокой
температуре (1100о-1250оС) Fе
обладает способностью
науглераживаться в
расплавленном состоянии.
Итог: вместо железной руды (Fе204, Fе203, Fе0)
образуется сплав Fе с углеродом – чугун.

13. Чугун из-за большого количества содержащегося в нем углерода обладает низкими механическими свойствами

ЧУГУН ИЗ-ЗА БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В НЕМ
УГЛЕРОДА ОБЛАДАЕТ НИЗКИМИ МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
В основе производства стали лежит
процесс выжигания (окисления)
лишнего углерода.
В сталях может
содержаться от
0,08 до 2,14%
углерода;
В чугунах
содержится от 2,14 до
6,67% углерода.
При выборе углеродистой стали
обыкновенного качества учитывают, что с
ростом содержания углерода:
снижается пластичность,
увеличиваются её
прочностные
характеристики
твердость, прочность,
упругость);
ударная вязкость.
(
ухудшается
обрабатываемость,
свариваемость и механические
свойства сварных швов

14. чугуны

ЧУГУНЫ
Достоинства:
- хорошие литейные
свойства;
- жаростойкость,
- коррозионная
стойкость,
- антифрикционные
качества
(износостойкий
материал и хорошо
держит на своей
поверхности смазку)
-демпфирующие свойства
(работает на вибрацию)
Недостатки:
- высокая
хрупкость,
- сложность
обработки
резанием,
-высокие
коэффициенты
линейного
расширения,
- сильная
зависимость
прочностных
характеристик от
температуры,
- трудность сварки

15. Углерод – наиболее важная составляющая часть чугуна.

В белом чугуне (излом белый)
содержится в виде
химического соединения
цементита Fе3С.
чем быстрее охлаждается
чугун , тем больше в нем
цементита.
В
сером чугуне
(излом серый)
содержится в виде
мелких пластинок
графита.
Чем темнее чугун, тем он
мягче.
При быстром охлаждении отливок из серого
чугуна в поверхностном слое углерод находится
в виде цементита, т.е. имеет структуру белого
чугуна.
Такое литье называют отбеленным.
Такой чугун обладает специальными
свойствами - мягкой сердцевиной с очень
твердой поверхностью.

16.

В
ковком чугуне ( его получают путем
пятиэтапной термической обработки
отливок из белого чугуна) углерод
содержится в виде хлопьев графита.
Что позволяет снизить твердость и
повысить пластичность по сравнению с
белым чугуном, который не
обрабатывается режущим инструментом.
В высокопрочном чугуне углерод содержится в виде
шаровидного графита в виде комков, который образуется
при специальной обработке жидкого чугуна модификаторами.
Модифицирование заключается в добавлении в жидкий чугун
перед его разливкой в формы порошков – модификаторов (порошки
магния, ферросилиция).
Если в чистом металле введение модификаторов приводит к получению
мелкозернистой структуры и в итоге повышению механических свойств
металла, то и введение в жидкий чугун модификаторов в итоге также
приводит к значительному повышению предела прочности чугуна,
только за счет образования шаровидного графита

17. Правила Ростехнадзора регламентируют использование чугунных отливок по температуре и давлению

ПРАВИЛА РОСТЕХНАДЗОРА РЕГЛАМЕНТИРУЮТ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК ПО
ТЕМПЕРАТУРЕ И ДАВЛЕНИЮ
Наибольшее применение получили следующие виды
чугунов:
Серый чугун (ГОСТ1412):
из марки СЧ12-28 – изготовляют корпусные и
ненагруженные детали простой конфигурации, работающие
при небольших нагрузках и без трения (стойки, кожухи,
коробки, изложницы);
Из марки СЧ15-32, СЧ18-36, СЧ21-40, СЧ32-52, СЧ3656,СЧ40-60, СЧ44-64 – ответственные корпусы и детали
сложной конфигурации, работающие в слабоагрессивных
средах (рамы станины, трубы, поршневые кольца и т.д.)
Расшифровка маркировки:
СЧ – серый чугун;
12 – предел прочности на растяжение, кг/мм2;
28 – предел прочности на изгиб, кг/мм2

18. Щелочестойкие чугуны

ЩЕЛОЧЕСТОЙКИЕ
ЧУГУНЫ
СЧ Щ1 и СЧ Щ2 - применяют для
изготовления корпусов, деталей и узлов машин
и аппаратов, работающих в водных растворах
щелочей NaOH и КОН при давлении до 1
МПА и температуре от
-15оС до +300оС.

19.

ЖАРОСТОЙКИЙ И
КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ ЧУГУН
ЧН15Д7Х2 применяют при
изготовлении узлов и
деталей, работающих при
температуре от +100оС до
+600оС и в агрессивных
средах.
Антифрикционный чугун
АЧС-1, АЧС-2 (ГОСТ1585)
используют для
изготовления узлов и
деталей, испытывающих
трение (подшипников,
шарниров,
направляющих для
ползунов деталей машин,
червячных зубчатых
колес).

20. Ковкие чугуны –марки (ГОСТ1215) КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-7, КЧ60-3, КЧ70-2, КЧ80-1,5

КОВКИЕ ЧУГУНЫ –МАРКИ (ГОСТ1215)
КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-7,
КЧ50-5, КЧ55-7, КЧ60-3, КЧ70-2, КЧ80-1,5
Применяют в
основном для
небольших
тонкостенных отливок
толщиной до 50 мм:
-картеров
автомобилей;
- деталей тракторов;
- арматуры и т.д.
Основное
преимущество:
- однородность свойств
по сечению;
- отсутствие
внутренних
напряжений
Расшифровка
маркировки:
30 –предел прочности
при растяжении,
кгс/мм2;
6 –относительное
удлинение в %
Имеют высокие
антикоррозионные
свойства.

21. Высокопрочные чугуны- марки (ГОСТ 7293) ВЧ42-12, ВЧ45-5, ВЧ50-2, ВЧ60-2, ВЧ70-3,ВЧ80-3, ВЧ100-4,ВЧ120-4

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ЧУГУНЫМАРКИ (ГОСТ 7293)
ВЧ42-12, ВЧ45-5, ВЧ50-2, ВЧ60-2, ВЧ70-3,ВЧ80-3,
ВЧ100-4,ВЧ120-4
Расшифровка маркировки:
Применяют для
изготовления узлов и
деталей:
- с повышенными механическими
свойствами;
- имеют высокую жидкотекучесть;
- незначительную склонность к
образованию горячих трещин;
- удовлетворительную
коррозионную стойкость,
- жаростойкость;
- хладостойкость,
-антифрикционные свойства;
- обрабатываемость резанием;
- могут подвергаться сварке и
автогенной резке
ВЧ – высокопрочный чугун
42 –предел прочности при
растяжении, кгс/мм2;
12–относительное удлинение в
%
Недостатки:
-склонны к образованию
усадочных раковин;
- линейные напряжения
выше, чем у серого
чугуна

22. сталь

Обладает хорошей прочностью, низкой стоимостью по
отношению к другим конструкционным материалам,
весьма технологична при обработке и изготовлении
полуфабрикатов и оборудования.
В зависимости от количества
примесей и легирующих добавок
конструкционные стали
подразделяются на следующие
основные группы:
- углеродистая сталь
СТАЛЬ
обыкновенного качества;
- качественная углеродистая сталь
- низколегированная сталь;
- легированная сталь;
- высоколегированные
жаростойкие и жаропрочные
стали и сплавы;
- двухслойные конструкционные
стали

23. Углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ380)

УГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА
(ГОСТ380) Поставляется в виде листового, сортового и
фасонного проката, труб, поковок и т.д. в
нормализованном состоянии. Нормализация (при
t=940оС) повышает механические свойства стали и
снижает внутренние напряжения.
Используется для изготовления несущих
конструкций, обечаек, днищ, фланцев, люков,
штуцеров и других деталей машин и аппаратов, не
контактирующих с агрессивными средами.
Подразделяется на 3 группы:
- сталь группы А (гарантируются механические свойства) –
применяют для деталей не подвергаемых в процессе
изготовления горячей обработке.
- сталь группы Б (гарантируется химический состав) –
применяют для деталей, которые проходят в процессе
изготовления термообработку и горячую обработку
давлением (штамповку, ковку)
- сталь группы В (гарантируются механические свойства и
химический состав) – используются в основном для
сварных конструкций

24. Маркировка углеродистой стали обыкновенного качества

МАРКИРОВКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ОБЫКНОВЕННОГО
КАЧЕСТВА
Сталь гр.А: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4,Ст5, Ст6
Цифра указывает условный номер марки.
Чем она выше, тем больше % содержание углерода,
тем выше твердость и прочность стали и ниже её
пластичность.
В зависимости от числа нормируемых показателей
механических свойств марки сталей
подразделяются на 3 категории:
1 категория – предел прочности и относительное
удлинение;
2 категория – добавляется прочность по изгибу в
холодном состоянии;
3 категория – добавляется предел текучести.
Категория марки указывается цифрой на конце –
Ст3кп2 (первая категория не обозначается)

25.

Раскисление – процесс
удаления кислорода из
жидкой стали.
По степени
раскисления
различают сталь:
- кипящую (кп)
- полуспокойную (пс)
- спокойную (сп)
В маркировке
индекс стоящий
справа от номера
Не раскисленные
(кипящие) стали
обладают
недостаточной
пластичностью и
подвержены
хрупкому
разрушению при
горячей обработке
марки Ст3сп
давлением
(используют
Спокойные стали раскисляют в
холодную
печи и в ковше марганцем, алюминием и
штамповку).
кремнием. Они затвердевают спокойно,
Применяются для
малонагруженных
без газовыделения.
узлов и деталей
Могут быть использованы для изготовления
оборудования,
оборудования, работающего при давлении
работающего при
до 5МПа и в интервале температур от
давлениях не
выше 1,6МПа и
20оС до + 425оС
температурах до
350оС.

26. Марки стали гр.В: ВСт2,ВСт3,ВСт4,ВСт5 имеют 6 категорий

МАРКИ СТАЛИ ГР.В: ВСТ2,ВСТ3,ВСТ4,ВСТ5
ИМЕЮТ 6 КАТЕГОРИЙ
Сталь
Стали с повышенным
содержанием марганца имеют
более высокую
износоустойчивость,
прокаливаемость и
коррозионную стойкость.
обыкновенного
качества может
выплавляться с
повышенным
содержанием
марганца.
ВСт3Гсп

27. Стандартизованы следующие марки: 05кп, 08кп,10кп,15,20кп,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80

Качественная углеродистая конструкционная сталь
гарантирует химический состав и механические
свойства.
Имеет более высокую прочность,
пластичность, ударную вязкость, чем сталь
обыкновенного качества.
СТАНДАРТИЗОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ МАРКИ: 05КП,
08КП,10КП,15,20КП,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80
Числа указывают содержание углерода в сотых
долях %
Низкоуглеродистые стали до марки 25 ( сталь 10, 16кп, 18кп, 20кп,22кп)
пластичны, хорошо свариваются, куются, штампуются, но обладают
недостаточной прочностью. Обычно цементируются – процесс насыщения
поверхности стали углеродом до концентрации выше 0,83%.
Применяется для изготовления корпусов и деталей
оборудования, трубных пучков теплообменников,
работающих в интервале температур от -20оС до +475оС с
неагрессивными и малоагрессивными средами

28.

Качественные среднеуглеродистые стали идут на
изготовление деталей от которых требуется высокая
прочность и твердость:
- оси,
- коленчатые валы,
- тяги.
- шатуны,
- зубчатые колеса,
- муфты,
- плунжеры
Наиболее распространена сталь 40 и 45.
Свариваемость с ограничением, т.е. с
подогревом

29. Легированная сталь – сталь у которой наряду с обычными примесями имеются легирующие компоненты, которые введены специально для

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ – СТАЛЬ У КОТОРОЙ НАРЯДУ С ОБЫЧНЫМИ
ПРИМЕСЯМИ ИМЕЮТСЯ ЛЕГИРУЮЩИЕ КОМПОНЕНТЫ, КОТОРЫЕ
ВВЕДЕНЫ СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ ПРИДАНИЯ ЕЙ ТРЕБУЕМЫХ СВОЙСТВ.
Легированные стали маркируются сочетанием цифр и букв.
Первое число указывает содержание углерода:
- для конструкционных сталей – в сотых долях процента;
-для инструментальных сталей – в десятых долях процента;
- если цифра отсутствует, то содержание углерода составляет
не более 0,01%
Затем следуют буквы указывающие содержание в стали
легирующих компонентов:
- если содержание компонента больше 1%, то за буквой стоит
цифра, указывающая среднее содержание данного
химического элемента в целых процентах;
- если цифры нет , то содержание до 1,5%;
- «А» в конце марки означает, что сталь высококачественная;
- «Ш» в конце марки означает, что сталь
особовысококачественная.

30. Обозначение легирующих элементов в металлах и сплавах

ОБОЗНАЧЕНИЕ
ЛЕГИРУЮЩИХ
ЭЛЕМЕНТОВ В
МЕТАЛЛАХ И
СПЛАВАХ
элемент
Обозначение в
марках черных
металлов
Обозначение в
марках цветных
металлов
Хром
Никель
Молибден
Титан
Вольфрам
Кобальт
Цирконий
Марганец
Кремний
Ниобий
Ванадий
Медь
Алюминий
Бор
Фосфор
Бериллий
Железо
Магний
Мышьяк
Олово
Свинец
Серебро
Сурьма
Цинк
Х
Н
М
Т
В
К
Ц
Г
С
Б
Ф
Д
Ю
Р
П
-
Н
Т
Мц
К
М
А
Ф
Б
Ж
Мг
Мш
О
С
Ср
Су
Ц

31. Примеры маркировок:

ПРИМЕРЫ МАРКИРОВОК:
Хромоникелевая сталь – обладает высокой коррозионной
стойкостью к агрессивным средам, жароупорностью и
высокой прочностью
12ХН3А – 0,12% углерода;
- до 1,5% хрома;
- 3% никеля;
А – сталь высококачественная.
Х18Н12М2Т – углерода менее 0,01%;
- хрома (среднее содержание)18%;
- никеля -12%;
- молибдена – 2%;
- титана около 1,5%.
30ХН2МФА – хромоникельмолибденванадиевая сталь
расшифруйте маркировку самостоятельно