Теоретичні відомості. Залізо – це метал білого кольору із сильно виявленими феромагнітними властивостями

Залізо – це метал білого кольору із сильно виявленими феромагнітними властивостями. При нормальній температурі залізо має ОЦК решітку, Ця модифікація заліза називається α-залізо. При температурі 768 °С α-залізо втрачає магнітні властивості. Втрата ця не пов’язана з перебудовою атомів у кристалічній гратці, тобто ОЦК гратка при цьому зберігається. Щоб відрізнити магнітне α-залізо від немагнітного, немагнітне іноді називають β-залізом. При температурі 911 °С α-залізо перетворюється у γ-залізо з ГЦК граткою. При температурі 1392 °С ГЦК гратка знову перетворюється в ОЦК. Таке перетворення має назву поліморфізму або алотропії. При температурі 1539 °С залізо плавиться.

Вуглець – це неметалевий елемент з температурою плавлення 3500 °С. В природі існує у двох видах: у виді алмазу або у виді графіту. Із залізом він утворює тверді розчини або хімічні сполуки, а в певних умовах може виділятися у вигляді графіту.

Залізо з вуглецем утворює ряд хімічних сполук. З них практичне значення має карбід заліза Fe₃C, який також називається цементитом. Цементит досить твердий, але крихкий. В основу залізовуглецевих сплавів покладена діаграма стану залізо – вуглець, часткою якої є діаграма стану залізо – цементит.

Вуглецеві сталі – це сплави заліза з вуглецем, що містять вуглецю від 0,001 до 2,14 %. Поряд з вуглецем вуглецеві сталі містять до 0,9 % Mn, 0,35% Si, а також до 0,5% S і P як постійних домішок. Манган і силіцій у цих кількостях є корисними домішками. Сірка утворює із залізом легкоплавку евтектику Fe-FeS, яка надає сталі червоноламкості – підвищує її крихкість при температурах гарячої обробки. Фосфор, навпаки, надає сталі холодноламкості, тобто підвищує її крихкість при нормальній і, особливо, при знижених температурах. У зв’язку з цим вміст сірки та фосфору у сталях суворо обмежують. Масова частка цих домішок є одним з показників якості сталі.

За структурою розрізняють: доевтектоїдну сталь, що містить до 0,8 % вуглецю, структура якої складається із фериту і перліту; евтектоїдну, що містить біля 0,8 % вуглецю, структура якої складається тільки із перліту; заевтектоїдну, що містить 0,8-2,14 % вуглецю, структура якої складається із зерен перліту, навколо яких розміщена сітка цементиту.

За якістю розділяють сталі звичайної якості (не більше 0,05 % сірки і не більше 0,04 % фосфору), якісні (не більше 0,04 % сірки і не більше 0,035 % фосфору) та високоякісні (не більше 0,02 % сірки і не більше 0,03 % фосфору).

За призначенням сталі підрозділяють на конструкційні та інструментальні.

Конструкційні сталі містять до 0,6 % С. Поділяють на сталі звичайної якості і якісні.

Сталі звичайної якості (ДСТУ 2651-94) виготовляють з таких марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2сп,...., Ст6пс, Ст6сп. Із збільшенням номера сталі підвищується твердість і міцність, але знижується пластичність. Із сталей звичайної якості виготовляють рядовий прокат (прутки, балки, швелери), а також листи, труби.

Сталі якісні конструкційні (ГОСТ 1050-88) призначені для виготовлення виробів, які піддають термічній обробці, тому стандарт рекомендує їхній хімічний склад. Маркують ці сталі числом, яке вказує на вміст вуглецю в сотих частках процента (0,8; 10; 15;...; 60).

Інструментальні вуглецеві сталі виплавляють у мартенівських та електричних печах і поставляють згідно з ГОСТ 1435-99 за хімічним складом. Їх поділяють на якісні та високоякісні.

Якісні сталі позначають літерою У і цифрою, яка вказує на вміст вуглецю у десятих частках відсотку, наприклад: У8 (0,8% С), У12 (1,2% С).

Високоякісні сталі, крім того, ставлять, в кінці літеру А.

Вибирають інструментальні сталі для виготовлення того чи іншого інструменту залежно від умов його роботи.

Чавуни – це сплав заліза з вуглецем із вмістом вуглецю вище 2,14%. Поряд вуглецем чавуни містять постійні домішки: до 1,2 % Mn; 0,75...3,75 % Si, а також до 0,1% S і 0,3% P.

У залежності від того, в якому стані знаходиться вуглець, чавуни поділяються на дві групи: чавуни, в яких весь вуглець знаходиться у зв’язаному стані у вигляді цементиту або інших карбідів; чавуни, в яких весь вуглець або його частина знаходиться у вільному стані у вигляді графіту.

До першої групи належать білі чавуни. Злам такого чавуну білий, блискучий. Білі чавуни крихкі та тверді, важно піддаються механічній обробці ріжучим інструментом. Чисто-білі чавуни в машинобудуванні використовуються рідко, вони зазвичай йдуть на переробку на сталь або використовуються для одержання ковкого чавуну.

До другої групи відносяться сірі, ковкі та високоміцні чавуни. Злам цих чавунів сірий, матовий. Структура складається з металевої основи та графітових включень, за формою цих включень і розрізнять чавуни другої групи. У сірих чавунах графіт виділяється у вигляді пластин, у ковких – у вигляді пластівців, у високоміцних – у вигляді куль. Механічні властивості чавунів зумовлюються їх структурою, а не хімічним складом, тому ці властивості зазначають у марках чавунів.

Особливостями будови звичайного сірого чавуну зумовлюються його низькі механічні властивості. Чавун із пластинчастим графітним включенням має малу міцність, низьку пластичність, погано витримує ударні навантаження. Марка СЧ позначає сірий чавун з границею міцності при розтяганні 150 МПа.

Графітні включення пластівчастої і особливо кулястої форм меншою мірою порушують металеву основу, тому такі чавуни мають значно більшу міцність і в’язкість, ніж звичайно сірі. Ковкі чавуни маркуються буквами КЧ і цифровими позначеннями. Перші дві цифри вказують на зменшене в 10 разів значення границі міцності при розтягуванні, МПа, цифра через дефіс – на мінімальне значення відносного подовження, наприклад КЧ45-5.

Високоміцні чавуни маркуються за ДСТУ 3925-99. Умовне позначення марки чавуну з кулястим графітом містить ВЧ і цифрове позначення мінімального тимчасового опору під час розтягування, МПа, та через дефіс – мінімального відносного подовження, %, наприклад: ВЧ600-3.

Дата добавления: 2015-07-20