Лекция 3. Сталь. Виды стали

Лекция 3. Стали.

1 – Общие сведения

2 – Углеродистые стали.

3 – Легированные стали.

Практическая работа

Тест

1 - Общие сведения

Сталь – сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащие менее 2 % углерода.

Главной составляющей, определяющей свойства стали, является углерод.

С увеличением процентного содержания углерода прочность стали повышается, а способность к пластической деформации понижается.

Маркировка сталей

При обозначении марок стали используют следующие обозначения химический элементов: Г – марганец, М – молибден, Д – медь, Р – бор, С – кремний, В – вольфрам, Ю – алюминий, П – фосфор, Н – никель, Ф – ванадий, Б – ниобий, А – азот, Х – хром, Т – титан, К – кобальт, Ц – цирконий.

Влияние постоянных примесей на свойства сталей

Марганец уменьшает вредное влияние серы и кислорода, способствует повышению мех. свойств стали, не снижая пластичности, и резко уменьшает хрупкость при высоких температурах (т.н. красноломкость).

Кремний слабо влияет на структуру и мех. свойства углеродистой стали, но как раскислитель он способствует улучшению литейных свойств.

Сера – попадает в металл из руд, а также из печных газов – продуктов горения топлива. В стали она находится в виде сульфидов. Это вредная примесь, содержание серы не должно превышать 0,06%.

Фосфор – придает стали хладноломкость (хрупкость при обычной температуре). Это объясняется тем, что фосфор вызывает сильную внутрикристаллическую ликвацию. Хрупкость стали, вызванная фосфором, тем выше, чем больше в ней углерода. Это вредная примесь, содержание фосфора не должно превышать 0,08%.

Газы (азот, водород, кислород) – частично растворены в стали и присутствуют в виде хрупких неметаллических включений – оксидов и нитридов. Их влияние наиболее сильно проявляется в снижении пластичности и повышении склонности стали к хрупкому разрушению.

Случайные примеси – элементы, попадающие в сталь из руд отдельных месторождений или из металлолома (вторичного сырья): медь, мышьяк, олово, никель и др., содержание их на свойства стали не оказывает существенное влияние.

Углеродистые стали

Углеродистые стали – это сплавы, которые в своем составе практически не содержат легирующих элементов. От других стальных сплавов углеродистую сталь отличает то, что в ее составе содержится значительно меньшее количество марганца, магния и кремния.

Маркировка углеродистых сталей

Применение углеродистых сталей

Углеродистые стали обыкновенного качества применяют для изготовления различных металлоконструкций, ненагруженных деталей машин и механизмов, крепежных изделий.

Углеродистые качественные стали применяют для изготовления деталей кузовов машин, корпусов и кожухов сварных конструкций, резервуаров, емкостей, труб.

Стали с повышенным содержание углерода и марганца (65, 70, 75, 80, 60Г, 70Г) применяют в качестве рессорно-пружинных.

Углеродистые стали специального назначения применяются для изготовления деталей и устройств, работающих под давлением (паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и др.)

Легированные стали

Легированная сталь – это сплав железа с углеродом, содержащий специальные легирующие добавки: никель, хром, кобальт, молибден, вольфрам, ванадий и др.

Процесс легирования:

Углеродистые стали не обладают достаточно высокими механическими и физико-химическими свойствами и не отвечают требованиям, предъявляемым к сплавам в современном машиностроении. Для получения необходимых свойств в сталь вводят легирующие элементы: хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден и др.

Процесс этот называется легированием, а полученные стали – легированными.

Стали могут содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства .

Классификация легированных сталей

Применение легированных сталей

Практическая работа №4

Тема работы : Маркировка сталей и чугунов

Цель работы : Научиться определять химический состав и классифицировать стали и чугуны по их маркам.

Порядок выполнения работы:

• а) Изучить маркировку сталей и чугунов.
• б) Расшифровать марки сталей и чугунов.
• в) Изучить и записать предназначение сталей и чугунов.
• г) Указать химический состав каждого металла.
• в) Ответить на контрольные вопросы.

Задания к практической работе №4

По приведенному шифру определить марку металла, классифицировать металл, указать область его применения, привести химический состав металла.

Результаты свести в таблицы.

Пример: дать характеристику металлу марки 08кп.

Марка

Классификация

08кп

Применение

углеродистая конструкционная качественная сталь с содержанием углерода С=0,08%, степень раскисления - кипящая

Применяется для изготовления прокладок, шайб, вилок, труб, а также деталей, подвергаемых химико-термической обработке — втулок, проушин, тяг.

Химический состав (в процентах)

С (углерод)=0,05-0,12; Si (кремний)=до 0,03; Mn (магний)=0,25-0,5; Ni (никель)=до 0,3; S (сера)=до 0,04; Р (фосфор)=до 0,035; Cr (хром)=до 0,1; Cu (медь)=до 0,3; As (мышьяк)=до 0,08

• Исследуемые шифры металлов:
• КЧ33-8, Ст4сп, ВЧ60, ПВК3, 08кп, СЧ20, У7А, МСт5пс, П1, АЧВ-1, ВКСт2кп, ПФ2.
• Контрольные вопросы для самопроверки 1. Как классифицируются стали по химическому составу?
• 2. Как классифицируются стали по содержанию углерода и степени легированности?
• 3. Как можно подразделить стали по назначению?
• 4. Как классифицируются стали по способу производства, степени раскисления?
• 5. Как маркируются углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества и качественные стали?
• 6. Как маркируются углеродистые инструментальные стали?
• 7. Что такое легированная сталь?
• 8. Что такое белый, серый, высокопрочный и ковкий чугуны, их характеристики, назначение?
• 9. Как маркируются серые, высокопрочные и ковкие чугуны?
• 10. В чём заключается основное отличие ковких и серых чугунов?

Тестирование по теме 4

1. Углеродистые конструкционные стали в своем составе имеют полезные и вредные примеси. Назовите вредные примеси:

• а) сера;
• б) кремний;
• в) марганец;
• г) водород и азот.

2. По качеству стали подразделяются на стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Чем определяется качество сталей?

• а) химическим составом;
• б) способом выплавки;
• в) наличием вредных примесей;
• г) увеличением содержания углерода.

3. Сталь группы А маркируется буквами Ст и номером 1, 2, 3, 4, 5, 6. Чем больше номер, тем:

• а) прочность выше;
• б) прочность ниже;
• в) пластичность выше;
• г) пластичность ниже.

4. Износоустойчивость легированной стали обеспечивает легирующий элемент:

• а) никель;
• б) вольфрам;
• в) молибден;
• г) марганец.

5. Подшипниковая сталь ШХ15 содержит легирующего элемента хрома:

• а) 0,15%;
• б) 15%;
• в) 1,5%;
• г) 10%.

6. Кремний в легированной стали до 2% обеспечивает основное свойство стали:

• а) упругость;
• б) жаропрочность;
• в) жаростойкость;
• г) коррозионную стойкость.

7. Какое из перечисленных ниже требований к инструментальным сталям для режущих инструментов является определяющим:

• a) прокаливаемость;
• б) твердость;
• в) красностойкость;
• г) износостойкость.

8. Основу твердых сплавов составляют:

• а) железо;
• б) углерод;
• в) карбиды тугоплавких металлов;
• г) молибден.