Вмісту вуглецю

За необхідності можна розрахувати вміст вуглецю в таких сталях:

Вміст вуглецю в заевтектоїдних сталях:

П% · 0,8% + Ц% · 6,67%

% C = ------------------------------------------------------------------------------------,

100%

де Ц% - площа, що займає вторинний цементит.

За призначенням вуглецеві сталі поділяються на дві основні групи: конструкційні та інструментальні.

Конструкційні вуглецеві сталі (вміст вуглецю до 0,7...0,85 %) широко використовують у промисловості. Низьковуглецеві сталі 05, 08, 10 з 0,05...0,1%С використовують для штампованих та зварних виробів (баки, котли, кузова, крила автомобілів, диски коліс тощо). Механічні властивості після нормалізації: σ_τ„_Μ=340 МПа, σ₀,;=200...210 МПа, 5=31...33%.

Сталі 15, 20, 25 з 0,15...0,25 %С використовують без термічної обробки або в нормалізованому стані для виготовлення цементованих виробів (вали, шестерні, кулачки тощо). Сталі з таким вмістом вуглецю у вигляді кутиків, швелерів та балок застосовують для металоконструкцій (σ_τ1Μ=380...460 МПа; σ₀.:=230...280 МПа; 5=23...27%).

Більшість деталей у машинобудуванні (осі, вали, шестерні, втулки, болти тощо) виготовляють із середньовуглецевих сталей ЗО, 35, 40, 45, 50 з 0,3...0,55 %С. (σ_ΤΗΜ=500...610 МПа; σ_{0 2}=300...360 МПа; θ= 16... 21 %).

Конструкційні сталі 60, 65, 70, 80 і 85 з підвищеним вмістом вуглецю до 0,6...0,85% використовують після гартування і середнього відпуску (σ_τι1Μ=800 МПа; HRC 40...45) головним чином як пружинно-ресорні.

Сталі У7 (У7А), У10 (У10А), У11 (У11А), У12 (У12А), що мають 0,7...1,3 %С використовують для виготовлення різального та штампового інструмента (зубила, різці, свердла, фрези, плашки, пуансони, матриці тощо). Вуглецеві інструментальні сталі у відпаленому стані характеризуються невисокою твердістю (HB 1660 1920) і задовільною оброблюваністю різанням та тиском. Після гартування та низького відпуску твердість становить HRC 60...65, границя міцності на згин - σ =250...350 МПа.

Чавуни - складні сплави на основі заліза, головна домішка в яких вуглець у кількості більше 2,14%. У промислових чавунах, крім заліза і вуглецю, є домішки кремнію, сірки, фосфору та інших елементів, які впливають на їх структуру і властивості. Головною перевагою чавунів порівняно зі сталлю є хороші ливарні властивості. Чавуни, в яких весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у вигляді цементиту, називаються білими чавунами. Структура білих чавунів описується діаграмою стану залізо - цементит при вмісті вуглецю більше 2,4%. Чавуни, в яких весь або частина вуглецю знаходиться у вигляді графіту називаються графітними, їх структура не зв'язується з діаграмою залізо-цементит.

Характерною особливістю структури білих чавунів є наявність ледебуриту - евтектичної суміші, що складається з аустеніту і цементиту в інтервалі між лініями ЕСF (1147°С) і РSК (727°С) і з перліту і цементиту нижче лінії РSК. Ледебурит утворюється з рідини при температурі 1147°С по лінії ЕСF і містить 4,3% С. При температурі 727°С по лінії РSК аустеніт ледебуриту перетворюється на перліт. На рис. 4,а наведена схема мікроструктури ледебуриту. На світлій основі цементиту розташовуються темні включення перліту. Ледебурит характеризується високою твердістю (НВ ≈ 700 кгс/мм²) і значною крихкістю. По відношенню до евтектичної точки С на діаграмі білі чавуни поділяють на доевтектичні – з вмістом вуглецю від 2,14 до 4,3%, евтектичні – з 4,3% С і заевтектичні - від 4,3 до
6,67 % С.

Структура доевтектичних чавунів складається з перліту і ледебуриту. Структура евтектичного білого чавуну - ледебурит. Структура заевтектичного білого чавуну - ледебурит і цементит первинний у вигляді великих пластин, що утворилися при кристалізації з рідини (рис. 4,д, є). Білий чавун характеризується високою твердістю та крихкістю, як конструкційний матеріал у промисловості не застосовується.

Вирішальний вплив на форму вуглецю надає швидкість охолодження при кристалізації та хімічний склад. Охолодження з малою швидкістю (до 10 град/хв) забезпечує виділення вуглецю у вигляді графіту, а з великою швидкістю - у вигляді цементиту. Однак отримання залізографітної структури в об’ємі реальної виливки важке, оскільки не завжди вдається охолодити різні перерізи виливки з однаковими або близькими швидкостями. Тому на практиці ступінь графітизації чавуну значною мірою регулюється шляхом зміни його хімічного складу. Так, додавання кремнію стимулює графітизацію, а додавання марганцю, навпаки, ускладнює її.

а б

в г

д є

Рисунок 4 – Мікроструктура білих чавунів: а, б - доевтектичний; в, г - евтектичний; д, є – заевтектичний (а, в, д- схема, б, г, є -фото)

Як зазначалося раніше, регулюючи кількісне співвідношення вуглецю, кремнію і марганцю, при кристалізації можна отримати залізографітні структури, в яких вуглець перебуває у вільному стані у вигляді графіту - графітні чавуни. За формою графітних включень чавуни поділяються на сірі (пластинчаста форма графіту), ковкі (пластівчаста форма графіту) і високоміцні (глобулярна форма графіту) (рис. 5).

а	б	в

Рисунок 5 – Форма графітних включень в чавунах:а - пластин-часта; б - пластівчаста; в – глобулярна (кулеподібна)

Дата добавления: 2015-08-27