ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2. 1. Сплав железа — это соединение, которое состоит из основного металла и дополнительных примесей. Соединения на основе этого материала называются чёрными металлами.

2. 2. Характеристика сплавов железа. Чистый металл имеет серебристо-серый цвет и обладает пластичностью и ковкостью. Самородные слитки, которые можно встретить в природной среде, отличаются ярко выраженным металлическим блеском и значительной твердостью. Особым качеством материала является электропроводность, позволяющая использовать его для передачи тока с помощью свободных электродов.

Железо применяют повсеместно в разных сферах производства, что объясняется свойствами материала. В неизменном виде этот металл не используют, к основе обязательно добавляют разные примеси. В процентном соотношении иные металлические добавки составляют около 0, 8 %.

Главные характеристики железа:

• температура плавления — 1539 градусов;

• коэффициент твердости по Бринеллю — 350–450 Мн/м2;

• удельная масса — 55, 8;

• уровень плотности — 7, 409 г/см3;

• теплопроводность при комнатной температуре — 74, 04 Вт/(м·К);

• показатель электропроводности — 9, 7·10-8 Ом·м.

На практике используют металлы с разными стабилизирующими добавками, которые делают сплав пригодным для производства деталей и конструкций.

Сплавом называется смесь нескольких компонентов, металлов и неметаллов, соединение которых осуществляется в жидком состоянии.

В составе веществ часто присутствуют разные примеси. Они могут быть полезными и улучшать характеристики металла, и вредными, негативно влияющими на эксплуатационные свойства сплава. Также примеси делят на специально добавленные в раствор и случайно попавшие в сплав. Добавки придают металлу необходимые механические свойства.

В результате остывания раствора формируется твердое вещество, химическое соединение или механический сплав. Первый вариант предполагает, что доминирующий компонент остается без изменений, а дополнительный включен в вещество в виде отдельных атомов.

Химическое соединение характеризуется наличием новой кристаллической решетки, где элементы образуют связи между собой. Механическая смесь представляет собой разнородный сплав, внутри которого находятся вещества с неизменными кристаллическими структурами.

3. 1. Сталь – сплав, содержащий железо с углеродом в пределах 2, 14 %. При точном соблюдении заданных пропорций в ходе производства можно достичь хорошей прочности материала.

Чтобы получить требуемые характеристики, в состав добавляют разные химические компоненты. Например, есть сплав железа с хромом. Особые свойства металла достигаются также за счет термической обработки. Этот метод позволяет выпускать марки стали с повышенными магнетическими свойствами, улучшенной прочностью, коррозионной устойчивостью. Каждый вид сплава с определенными характеристиками имеет собственную маркировку, состоящую из букв и цифр.

В зависимости от содержания углерода в стали выделяют такие типы сплавов:

• малоуглеродистые;

• среднеуглеродистые;

• высокоуглеродистые.

Чтобы улучшить определенные свойства металла, используют легирующие добавки. По этому признаку выделяют три вида сталей:

• низколегированные;

• среднелегированные;

• высоколегированные сплавы с добавлением примесей до 50 %

Легированные стали используют при производстве инструментов и машинных узлов, потому что материал очень прочный, жаростойкий, не подвержен окислению, что объясняется свойствами легирующих элементов. Углеродистые стали обычно применяют в строительстве каркасных сооружений, трубопроводов и прочего.

3. 2. Чугун — состоит из железа с углеродом (2 – 4, 3 %) и может содержать примеси кремния (до 4, 5 %), марганца (1, 5 %), фосфора (до 1, 5 %) и серы (0, 08 %), а также легирующие компоненты (чаще всего металлы, например никель, хром, медь, алюминий), которые добавляют для получения определенных характеристик.

Чугун бывает предельный (из него делают сталь) и литейный (подходит для
получения отливок). Литейные чугуны делят на несколько категорий:

Серые чугуны . В его состав входит углерод (графита) в пластинчатой форме. Обычно этот металл имеет графит в перлитовой структуре.
Пластичные чугуны, или чугуны с шаровидным графитом. Графит в них включен в виде шаров, которые получились при отливе и добавлении в раствор магния или церия. Металл пластичнее серых чугунов.
Белые чугуны . Состоят из твердого цементита без добавления графита. Внешний вид имеет специфический белый (светлый) блеск в изломе.
Ковкие чугуны . Являются результатом обработки белых чугунов. Бывают перлитовый и ферритовый типы. Также чугуны можно разделить на белосердечный, черносердечный и перлитовый. Металл более тягучий по сравнению с серыми литейными чугунами. Кроме того, ковкий чугун обладает повышенным пределом на растяжение, что в совокупности с предыдущим качеством определило широкое применение таких сплавов железа.
Высоколегированные чугуны . В состав сплава добавляют кремний, хром, никель или алюминий. Такие чугуны подразделяют на две большие группы: безграфитные белые чугуны и чугуны с содержанием графита. Безграфитные белые чугуны обладают высоким сопротивлением к истиранию. В другой группе графит находится в сплаве в виде шаровых или чешуйчатых включений. Эти металлы по тепловому сопротивлению сопоставимы с серыми и пластичными чугунами. Сплав успешно противостоит химическому разрушению, то есть является коррозионностойким.

3. 3. Перлит — Это механическая смесь феррита и цементита, которая формируется при распаде аустенита. Доля углерода не превышает 0, 8 %. В качестве структурного элемента перлит содержится во всех сталях и чугунах.

3. 4. Феррит — Представляет собой твердый раствор углерода, содержание которого не больше 0, 02 %, в α -железе. Феррит – это практически чистое железо. Он пластичный, но непрочный и не обладает твердостью. Подобная структура характерна для тонколистовой и низкоуглеродистой стали.

3. 5. Цементит — Металл состоит из железа и углерода в пределах 6, 67 %. Сплав хрупкий, но в то же время твердый, как алмаз.

3. 6. Аустенит — представляет собой твердый раствор α -железа и углерода, при этом содержание углерода не превышает 2 %. Этот сплав содержит легирующие компоненты. Металл обладает высокой твердостью по сравнению с ферритом, а также хорошей пластичностью. Такие свойства сплавы железа получают благодаря термической и химико-термической обработке.

3. 7. Ледебурит — Главная структура сплавов железа с углеродом. Она состоит из сочетания цементита и аустенита во время плавки, а при остывании становится смесью цементита и перлита. Ледебурит состоит на 4, 3 % из углерода. Такой сплав очень твердый, но хрупкий.

4. История создания сплавов. Из школьного курса все помнят «железный век». Это период истории, когда человек впервые научился получать этот металл из руды. Железный век приходится на период с 9 по 7 век до нашей эры. Этот металл оказал огромное влияние на развитие людей того времени. По своим характеристикам он вытеснил смеси цветных металлов. Из него изготавливали орудия труда, оружие, доспехи, материалы для строительства и многое другое. Постепенно кузнецы начали смешивать его с другими металлами, чтобы получить новые материалы. Так появлялись новые сплавы.

5. Состав и структура сплавов. Из-за большого количество соединений на основе железа была разработана маркировка, по которой можно отделить стали с высоким содержанием углерода от менее углеродистых, определить наличие основных легирующих элементов в составе материала, их количество. Зависимо от количества дополнительных элементов изменяются свойства соединений. К ним относится бор, ванадий, молибден, марганец, титан, углерод, хром, никель, кремний, вольфрам. Характеристики смесей зависят от их структуры, состава. От этого изменяется прочность, пластичность, температура плавления, плотность, электропроводность и другие параметры. Например, структура чугуна определяет его хрупкость при ударах, больших физических нагрузках.

6. Свойства и маркировка сплавов. Относительно маркировки, первые цифры, которые идут на маркировке, говорят о процентном содержании углерода в составе. Далее идут заглавные буквы основных легирующих элементов. Начало маркировки могут начинать дополнительные буквы. Они указывают на назначение сплава. Пластичность и вязкость будут уменьшаться при повышении количества углерода в составе сплава. На другие свойства металлов влияют основные легирующие элементы.
Для обозначения сплавов железа используются:

• С – строительная сталь, буква обозначает текучесть материала;

• Ш – подшипниковые стали, далее в маркировке идет указатель металла, внесенного в сплав;

• У – признак индустриальной стали;

• Р – ставится на быстрорежущих сплавах;

• Сп – является маркировкой конструкционного сплава.

Строительные. В эту группу входят преимущественно высоко- или среднеуглеродистые марки. Их задействуют во время строительных работ на всех этапах от подготовки каркасов до производства кровельного листа и даже бытовых предметов.

Конструкционные. Это металлы с низким содержанием углерода, то есть не более 0, 75 %. Они играют роль основного материала для машиностроения, используются как при изготовлении обычных велосипедов, так и морских судов.

Инструментальные. Еще одни вид низкоуглеродистой стали, который характеризуется малой долей марганца в пределах 0, 4 %. Его используют для производства измерительных, штампованных, режущих инструментов.

Специальные. В данной группе есть два подвида с особыми физическими и химическими свойствами. Под первым понимают электротехническую сталь с заданными магнитными характеристиками, а второй – это жаропрочная нержавеющая сталь и другие типы.

Элементы, включенные в состав конкретного сплава железа, фиксируют при помощи марочника сталей. Подобные обозначения позволяют определять легирующие материалы:

• вольфрам имеет маркировку в виде буквы В;

• кобальт – К;

• молибден – М;

• никель – Н;

• титан – Т;

• хром – Х;

• марганец – Г;

• алюминий – Ю;

• кремний – К.

7. Заключение

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒