Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества.



РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О МЕТАЛЛАХ

И СПЛАВАХ

1. Классификация металлохозяйственных товаров

2. Классификация металлов и сплавов, применяемых в производстве металлохозяйственных изделий

3.Чугун. Получение, состав, свойства, марки, области применения

4.Сталь. Классификация, основные виды и разновидности, маркировка

5. Цветные металлы и сплавы

5.1 Алюминий и его сплавы

5.2 Медь и ее сплавы

5.3 Медно-никелевые сплавы

5.4Другие цветные металлы, применяемые в производстве металлохозяйственных изделий

 

Тема 1. Классификация металлохозяйственных товаров

 

Металлохозяйственные товары относятся к товарам хозяйственного и культурно-бытового назначения и являются одной из самых массовых ассортиментных групп.

Главным классификационным признаком служит признак назначения. Согласно этому выделяют следующие группы:

1. Металлическая посуда.

2. Ножевые изделия и столовые приборы. Ассортимент представлен ножами различного назначения, ножницами и столовыми приборами.

3. Приборы, облегчающие домашний труд. Иногда эту группу называют кухонные приборы - это все, что применяется для обработки пищевых продуктов: мясорубки, шинковки, соковыжималки, приборы для домашнего консервирования, а также для уборки помещений и пр.

4. Нагревательные и осветительные приборы. Это все то, что работает на твердом, жидком и газообразном топливе: газовые плиты, примусы, керогаз, лампы и т.д.

5.Инструментальные товары предназначены для обработки древесины, металлов, для сборки и других операций соединения деталей.

6. Приборы для окон и дверей - это ручки, петли, замки и другие изделия, т.е. то, что применяют для оснащения окон и дверей в строительстве и при ремонте зданий.

7. Крепежные изделия - предназначены для соединения деталей в строительстве, в машинах, приборах или в других изделиях. Это болты, гвозди, шурупы, заклепки.

8. Садово-огородный инвентарь.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Основной признак классификации металлохозяйственных товаров.

2. Основные группы металлохозяйственных товаров.

 

 

Тема 2. Классификация металлов и сплавов, применяемых в производстве металлохозяйственных изделий

Металлы - химические элементы, характеризующиеся в твердом состоянии (ртуть - в жидком) внутренним кристаллическим строением, наличием определенного числа слабо связанных с ядром легкоподвижных электронов. Металлы непрозрачны, имеют характерный блеск, значительную тепло- и электропроводность, отражательную способность, при деформациях пластичны. Эта особенность строения металлов и сплавов обусловливает их физические, механические, химические и технологические свойства.

К физическим свойствам относятся плотность, температура плавления, тепло-, электропроводность, магнитная проницаемость и др. Механические свойства металлов - твердость, вязкость, отношение к различным видам механических нагрузок - растяжению, сжатию, кручению и др. Устойчивость к действию химических веществ - воды (пресной, морской), органических и минеральных кислот, щелочей, солей, газов - это химические свойства металлов.

Технологические свойства характеризуют поведение металлов при механических, термических, термохимических и других обработках. Технологические свойства металлов, показатели этих свойств и методы их испытаний очень разнообразны и зависят от вида металла, заготовки, способов обработки. Методы таких испытаний в большинстве случаев стандартизированы.

В зависимости от характера компонентов все металлы и сплавы делятся на две группы: черные и цветные. К черным металлам относят железо и сплавы на его основе - сталь, чугун и ферросплавы. Цветные металлы - это алюминий, медь, цинк и др., а также такие драгоценные металлы, как золото, серебро, платина.

По плотности металлы подразделяют на легкие, обладающие плотностью менее 4,5 г/см3 (алюминий, магний, титан), и тяжелые с плотностью более 4,5 г/см3 (свинец, медь, олово, золото, платина, цинк и др.).

В зависимости от температуры плавления различают металлы тугоплавкие и легкоплавкие. К тугоплавким относят такие металлы, которые плавятся при температуре выше, чем железо (15390С) - молибден, вольфрам, титан и пр.. Легкоплавкими металлами считают те, у которых температура плавления ниже 15390С. Это олово, свинец, алюминий, цинк.

По степени чистоты выделяют следующие группы металлов:

1. Металлы пониженной чистоты с содержанием примесей 1-5%.

2. Металлы средней, технической чистоты , примесей от 0,1-1%.

3. Металлы повышенной чистоты (0,01-0,1%).

Металлы 2 и 3 групп используются для производства металлоизделий.

4. Металлы высокой чистоты (0,001- 0,01%).

5. Металлы особой чистоты (0,0001-0,001%).

Металлы 4 и 5 групп применяются для изготовления токоведущих частей радио- и электроаппаратуры.

6. Сверхчистые металлы (не более 0,0000001%). Такие металлы используются в полупроводниковой технике.

По степени окисления (по химической активности) металлы делят на благородные и неблагородные (обыкновенные). К благородным металлам относят золото, серебро, платину. Для них характерна чрезвычайно высокая химическая стойкость. Однако в производстве металлохозяйственных изделий они используются в незначительных объемах, в основном для декорирования или защиты поверхности.

 Металлическими сплавами называют материалы, полученные соединением двух металлов или нескольких расплавленных металлов с неметаллами (кремний, углерод и другие элементы) или выплавкой из руд.

Простые (чистые) металлы в производстве металлохозяйственных товаров находят ограниченное применение по двум причинам: во-первых, они очень дороги, так как их получение связано со сложной технологией очистки от примесей и загрязнений; во-вторых, такие металлы зачастую не имеют требуемых свойств. Этим и объясняется преимущественное использование металлических сплавов в народном хозяйстве.

Металлические сплавы классифицируют по ряду признаков. Так, по назначениювыделяют сплавы общего применения и специальные (шарикоподшипниковые, для изготовления заклепок и др.). 

По числу компонентов различают простые (однокомпонентные), двойные (бинарные) и сложные (тройные, четвертные) сплавы. Количественно преобладающий в сплаве компонент называют основным, а компоненты, вводимые в состав сплава для получения требуемых технических свойств, называют легирующим.

В зависимости от наличия специальных примесей сплавы подразделяют на следующие группы:

- легированные, содержащие добавки, придающие им определенные свойства. В свою очередь они делятся на низколегированные (добавок до 5%), среднелегированные (5-10%) и высоколегированные (более 10%).

- нелегированные, не содержащие добавок.

По способу переработки в изделие выделяют сплавы деформируемые и литейные. Из сплавов первой группы изделия получают прокаткой, ковкой, вытяжкой, а из сплавов второй - методом литья.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Определение металлов и металлических сплавов

2. Основные свойства металлов (внешний вид, механические, химические, технологические)

3. Цветные и черные металлы. Признак, по которому производится подобное деление.

4. Группы и виды металлов в зависимости от плотности и температуры плавления

5. Классификация металлов по степени чистоты. Области применения металлов в зависимости от содержания примесей

6. Отличительные свойства и области применения благородных металлов

7. Какими причинами обусловлено широкое применение металлических сплавов в народном хозяйстве?

8. Классификация металлических сплавов по назначению, числу компонентов, содержанию примесей

9. Способы получения изделий из деформируемых литейных сплавов

 

Тема 3. Чугун. Получение, состав, свойства, марки, области применения

 

Чугуны- это железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода свыше 2,14%. Наряду с углеродом чугуны содержат и другие неизбежные примеси (кремний, серу, фосфор и др.), которые оказывают значительное влияние на структуру и свойства сплава.

Получаемые выплавкой в доменных печах чугуны классифицируются по нескольким признакам.

По назначению различают чугуны передельные (белые), используемые для выплавки стали; литейные (серые), применяемые для получения деталей литьем, и специальные (ковкие, легированные, модифицированные), предназначенные для раскисления и легирования сталей.

Передельные чугуны в зависимости от способа переработки на сталь разделяют на три класса: мартеновские, бессемеровские и томасовские. Эти чугуны характеризуются высокой твердостью, хрупкостью, сопротивлением износу. Из-за повышенной твердости передельные (белые) чугуны не подвергаются обработке резанием. Такие свойства передельных чугунов объясняются состоянием углерода в сплаве, который находится в связанной форме в виде цементита. Это обусловливает матово-белый или светло-серый, блестящий излом чугуна. Отсюда и второе название - белый чугун.

Передельный (белый) чугун в машиностроении используется ограниченно. В основном из него отливают тормозные колодки, шары для размольных мельниц (т.е. такие детали, где требуется высокая износостойкость). Кроме того, путем термической обработки передельного (белого) чугуна специального состава получают ковкий чугун с совершенно другими свойствами.

Маркируют передельные (белые) чугуны заглавной буквой и цифрой, означающей порядковый номер сплава: мартеновские - М-1, М-2, бессемеровские Б-1, Б-2 и томасовский - Т-1.

Литейные (серые) чугуны подразделяют в зависимости от применяемого для выплавки топлива на коксовые и древесноугольные. В древесноугольных чугунах по сравнению с коксовыми меньше вредных примесей, особенно серы.

В литейных (серых) чугунах углерод находится в частично связанном или полностью свободном состоянии в виде графита. Это придает чугуну бархатно-серый цвет в изломе.

Литейные (серые) чугуны характеризуются следующими положительными свойствами: малой усадкой при затвердевании в формах; большой жидкотекучестью и вследствие этого хорошим заполнением узких сечений; высоким сопротивлением износу при трении; свойством гасить вибрации - демпфирующей способностью. Кроме того, они поддаются обработке резанием и дешевы. Серые чугуны применяются для производства чугунной посуды, корпусов мясорубок, замков и других изделий, изготовляемых литьем.

 Литейные (серые) чугуны выпускаются 11 марок (СЧ10-СЧ45). Буквы обозначают “серый чугун”, а цифры - предел прочности на растяжение.

Чугуны классифицируются также по форме графитных включений, определяющих механические свойства сплава. По этому признаку выделяют чугун серый, высокопрочный и ковкий.

В сером (литейном) чугуне графит находится в виде пластин, что придает ему высокое сопротивление при растяжении. Это марки СЧ-10, СЧ-15, СЧ-20.

Высокопрочный чугун получают в процессе модификации, при котором происходит измельчение графитных включений, придание им шаровидной формы вследствие присадки модификатора (магния). Изменение размеров и формы графитных включений позволяет повысить прочность и пластичность чугуна. Используется такой чугун для изготовления деталей машин (втулки, валы, шестерни), а также коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. Маркируют высокопрочный чугун так: ВЧ 50-1,5; ВЧ 60-2 и т.д. Буквы обозначают “высокопрочный чугун”, первое число - предел прочности на растяжение, второе - относительное удлинение.

Изменить форму графитных включений можно не только модификацией, но и термической обработкой. На этом основано производство ковкого чугуна. Как уже говорилось выше, ковкий чугун получают из белого (передельного) чугуна специального состава. В процессе графитизирующего отжига графит приобретает форму хлопьев. Подобная операция придает ковкому чугуну более высокую прочность на разрыв, устойчивость к ударам, повторно-переменным нагрузкам. Вследствие этого его применяют для изготовления таких изделий, как гаечные ключи, крюки, детали водопроводных труб. Маркируют ковкий чугун буквами КЧ и цифрами, две первые из которых обозначают предел прочности при растяжении, а две последующие - относительное удлинение.

Все рассматриваемые чугуны непластичны, не могут обрабатываться давлением, поэтому готовые изделия получают только литьем.

Кроме того, на базе других чугунов вырабатывают легированный чугун, относящийся по назначению к группе специальных чугунов. Легированные чугуны содержат значительное количество добавок (кремний, хром, алюминий, марганец, никель), которые улучшают свойства сплава. В зависимости от их содержания легированные чугуны делятся на высоколегированные и низколегированные. Легирующие компоненты могут попадать в чугун из руды (природно-легированный чугун) или в виде добавок, специально вводимых ферросплавами. Легированные чугуны характеризуются повышенной коррозионно- , хладо- и износостойкостью, жаропрочностью, малой магнитностью. Их применяют для изготовления ответственных деталей, таких как подшипники, двигатели внутреннего сгорания.

Легированные чугуны называют по преобладающему элементу. Марки их обозначают буквами и цифрами: первая буква Ч - чугун, вторая и последующие буквы - название легирующего элемента (Г - марганец, Д - медь, П - фосфор, Ю - алюминий, Т - титан и т.д.); цифра после букв - примерное содержание в процентах по массе элемента; последняя буква (Ш) указывает на форму графита (шаровидная). 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Определение чугунов

2. Классификация чугунов по назначению

3. Характеристика, применение и маркировка передельных чугунов

4. Особенности серых чугунов. Их маркировка

5.  Влияние формы графитных включений на свойства чугунов

Состав и свойства легированных чугунов. Применение, маркировка

    

Тема 4. Сталь. Классификация, основные виды и разновидности, маркировка

 

Сталь- сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2%. Она широко применяется для изготовления различных металлических изделий, в том числе товаров народного потребления.

Основное сырье для производства сталей - передельный чугун, в меньшем количестве используют вторичные черные металлы, ферросплавы, технически чистые металлы.

В настоящее время созданы сотни марок сталей. Для удобства пользования всем этим многообразием принято классифицировать стали по ряду признаков.

В зависимости от способа изготовления различают стали конверторные, кислородно-конверторные, мартеновские и электростали.

При конверторном способе передел чугуна в сталь производят в поворотных грушевидных печах - конвекторах, в которых снизу через отверстие подается воздух. Проходя через жидкий чугун кислород воздуха соединяется с примесями (это кремний, углерод, марганец). Кремний и марганец в виде окислов переходят в шлак, а углерод выгорает в виде оксида углерода.

Двумя разновидностями этого метода, а, следовательно, и разновидностями конверторной стали, являются бессемеровская и томасовская стали, названные так по способу их производства, который, в свою очередь, обусловлен составом руды и особенностями технологии.

Главное преимущество конверторной стали - ее дешевизна. Однако она имеет ряд недостатков:

- а) низкое качество. Это связано, во-первых, с повышенной хрупкостью, поскольку сталь содержит много азота, перешедшего в нее из воздуха; во-вторых, она красноломкая - хрупкая при высокой температуре. Это связано с высоким содержанием оксида железа. В-третьих, в такой стали много неметаллических включений в виде окислов;

- б) ограниченная область применения.  

Разновидности конверторной стали - бессемеровская и томасовская - имеют разные области применения. Бессемеровская сталь используется при изготовлении сварных труб, винтов, шурупов, рельсов, проволоки, а томасовская, в свою очередь, при производстве кровельного железа, проволоки, рельсов.

В отличие от предыдущего метода при производстве кислородно-конверторной стали через чугун продувают не воздух, а чистый кислород. Это приводит к резкому улучшению качества стали за счет устранения недостатков, имеющих место при конверторном способе производства.

Мартеновская сталь составляет 80% от общего объема производства сталей. При этом способе сталь выплавляют на поду пламенной с газовым обогревом печи, напоминающей по устройству ванную стекловаренную печь. В такой печи можно перерабатывать как жидкий, так и твердый чугун, а также стальной лом. Мартеновская сталь имеет ряд преимуществ. Во-первых, благодаря длительности процесса получения стали можно производить присадки ферросплавов и других материалов, регулируя тем самым ее состав и свойства. Во-вторых, качество такой стали выше, поскольку она содержит меньшее количество примесей и имеет меньшую пористость вследствие низкого содержания газов. Мартеновская сталь применяется для ответственных изделий, проката, листов, заготовок, рельсов.

При получении электростали обогрев ванны с чугуном осуществляется электротоком. Основными преимуществами этого вида стали являются:

- регулируемая структура, поскольку в процессе выплавки можно изменять температуру нагрева;

- меньшая пористость, т.к. отсутствует выделение газов;

- возможность ввода тугоплавких легирующих добавок из-за высокой температуры процесса позволяет получать высококачественные специальные виды сталей.

К недостаткам электростали можно отнести ее высокую цену, что связано с высокой стоимостью электроэнергии.

Электросталь используется как сталь специального назначения - нержавеющая, жаропрочная и т.д.

По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали названы так по основному элементу - углероду (содержание не более 1,35%), который очень сильно влияет как на структуру, так и на свойства сталей. С увеличением содержания его возрастают прочность, твердость, упругость стали и снижаются ее пластичность, относительное удлинение и сужение. Кроме углерода, сталь содержит постоянные примеси, количественное содержание которых нормируется стандартами. Это марганец, кремний, сера и фосфор. Каждый из этих элементов оказывает определенное влияние на свойства углеродистой стали. Так, например, марганец нейтрализует примеси серы; повышает твердость и прочность стали. Кремний способствует образованию более плотного слитка. Он также повышает твердость, упругость, пластичность, текучесть стали. Сера и фосфор оказывают отрицательное влияние на качество стали, ухудшают ее механические свойства и придают хрупкость.

Помимо постоянных, сталь может содержать и так называемые скрытые примеси - кислород, азот, водород в свободной и связанной форме. Эти элементы увеличивают твердость, хрупкость стали в холодном и горячем состоянии, снижают способность ее к механическим обработкам. Содержание газов в стали значительно уменьшается при выплавке (так называемый электрошлаковый переплав) или разливке ее в вакууме .

В стали могут содержаться также и случайные примеси, попадающие в нее с исходной рудой. Например, с уральской рудой в сталь попадает медь, а с ломом - цинк, олово, хром.

Легированные стали, кроме углерода, содержат один или несколько легирующих, специально добавляемых элементов. Обычно в качестве легирующих добавок используют никель, хром, молибден, титан, ванадий, вольфрам, марганец и другие. Легированные стали превосходят углеродистые по твердости, износостойкости, жаропрочности и устойчивости к коррозии. Однако они имеют высокую стоимость.

После выплавки из стали необходимо удалить закись железа и растворенные в металле газы. Для этого производят раскисление путем добавки элементов, способных восстановить закись железа и перевести образовавшиеся окислы в шлак. Такими свойствами обладают марганец, кремний и алюминий. Поэтому принято различать стали в зависимости от степени раскисления и характера застывания металла в изложнице.

По этому признаку различают сталь кипящую, спокойную и полуспокойную.

Кипящую сталь получают разливкой до полного раскисления, когда еще выделяются газы (сталь “кипит”). Поэтому в ней много газов, мелких усадочных раковин и газовых пузырей, рассеянных по всему объему слитка. Зато выход кипящей стали выше. Кипящая сталь не пригодна для изготовления ответственных деталей, испытывающих значительные механические нагрузки, т.к. она склонна к старению, характеризуется хладноломкостью, плохо сваривается. Такая сталь не содержит кремний, алюминий, поэтому хорошо штампуется и вытягивается. Обозначается кипящая сталь буквами КП.

Спокойная сталь хорошо раскислена добавками марганца, кремния, алюминия. Слиток имеет хорошую плотность и однородность по химическому составу и высокие механические свойства. Такая сталь обладает более высоким качеством, чем кипящая. Обозначается буквами СП.

Полуспокойная сталь раскислена оптимально и по структуре занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей сталью. Имеет самое высокое качество. Обозначение - буквы ПС.

Этот признак - степень раскисления - учитывается при маркировке сталей.

Легированные стали выпускаются обычно марки СП, а углеродистые - всех трех типов.

Следующий классификационный признак - качество сталей. Качество стали определяется совокупностью таких показателей, как однородность состава, строения и свойств. Качество снижают вредные примеси - сера, фосфор газы. Именно по их количественному содержанию судят о качестве стали. По этому признаку выделяют следующие виды сталей:

- стали обыкновенного качества (только углеродистые с содержанием серы 0,6% и фосфора 0,07%);

- стали качественные;

- стали высококачественные;

- стали особо высококачественные (только легированные).

Каждая последующая группа содержит примерно в 2 раза меньше примесей, чем предыдущая.

В зависимости от назначения различают стали конструкционные, инструментальные и специального назначения с особыми свойствами.

Конструкционные углеродистые стали содержат 0,08-0,85% углерода, вследствие чего обладают пластичностью, хорошо обрабатываются литьем, давлением, резанием. Эти стали достаточно устойчивы к статическим и динамическим нагрузкам. Конструкционные стали применяются для изготовления разнообразных изделий: посуды, приборов для окон и дверей, деталей машин, крепежных изделий, столовых приборов.

Конструкционные легированные стали обладают высокой прочностью к механическим нагрузкам и в тоже время хорошей пластичностью, вязкостью, что позволяет разнообразной механической обработкой изготовлять из них ответственные детали машин, приборов, строительных конструкций.

Инструментальные углеродистые стали содержат углерода в количестве 0,7-1,35%. Они имеют значительную твердость, износостойкость, а также прочность и пластичность. Инструментальные углеродистые стали применяют для изготовления ножей, режущих инструментов, деталей бытовых машин (мельницы для кофе, мясорубки), испытывающих сильное трение при работе.

 Инструментальные легированные стали используют для изготовления сверлильных, режущих, измерительных и других инструментов, которые должны иметь повышенную твердость, износостойкость, особенно при высоких скоростях обработки и температуре. От углеродистых инструментальных сталей они отличаются прокаливаемостью, высокими режущими свойствами, большей пластичностью в отожженном состоянии.

К специальным сталям с особыми свойствами относят коррозионностойкие (нержавеющие) стали. Их применяют для изготовления посуды, ножей, вилок и других столовых приборов, а также баков стиральных машин, деталей холодильников.

Нержавеющие стали устойчивы к действию пищевых кислот, поваренной соли, они не разрушают витамины и другие питательные вещества пищи, не вызывают изменений вкуса, цвета пищи, имеют красивый внешний вид, но дороги. Эти ценные потребительские свойства стали приобретают благодаря легированию хромом, никелем, титаном. Высокие коррозионностойкие и механические свойства нержавеющие стали получают также в процессе термической и механической обработки.

Маркировка сталей производится буквенно-цифровым шифром в зависимости от их назначения.

Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества.

 Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от назначения выпускают трех групп - А, Б, В. Группа А - стали с определенными механическими свойствами, группа Б - с нормированным химическим составом, группа В - стали с нормируемым химическим составом и механическими свойствами.

Для сталей группы А предусмотрена маркировка буквами Ст (сталь) и цифрами от 0 до 7, являющимися условными порядковыми номерами марок (Ст 0, Ст 2 и т.д.).

Для сталей группы Б применяют маркировку, состоящую из букв, обозначающих способ выплавки (Б - бессемеровский, М - мартеновский, К - кислородно-конвекторный), букв Ст (сталь) и цифр от 0 до 7 (МСт 1, Бст 2).

Стали группы В, вырабатываемые мартеновским и кислородно-конвекторным способами, маркируют также, как и стали группы Б, но с добавлением вначале буквы В (ВМСт 2, ВКСт 5 ит.д.).

К маркировке кипящей стали всех групп добавляют индекс “кп”, полуспокойной - “пс” и спокойной - “сп” (Ст 1кп, МСт 4пс, ВКСт 5сп и т.п.).


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 255; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ