Новости

Новости

Черные металлы


Железоуглеродистые сплавы с примесями марганца, кремния, серы, фосфора и некоторых других элементов принято называть черными металлами. В зависимости от содержания углерода они делятся на две группы: чугуны и стали.
Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий свыше 2 % углерода (практически от 2,5 до 4,5 %). Углерод в нем может находиться в химически связанном состоянии в виде карбида железа (цементита) и в свободном состоянии — в виде графита. В соответствии с этим чугуны делятся на белые — передельные и серые —литейные.
В белом чугуне почти весь углерод находится в состоянии карбида железа (Fe3C), обладающего высокой твердостью. Такие чугуны имеют мелкозернистое строение с серебристо-белой поверхностью в изломе, высокую твердость, трудно поддаются обработке резанием, плохо заполняют форму и поэтому используются в основном для выплавки сталей.
В сером чугуне большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде мелких пластинок графита. Последние, разделяя структуру чугуна и действуя как надрезы, значительно уменьшают его прочность и увеличивают хрупкость. Такие чугуны имеют в изломе серый цвет, обладают хорошими литейными свойствами, почти не дают усадку в отливках и сравнительно легко обрабатываются резанием. Однако, имея в своем составе твердые зерна цементита, серые чугуны значительно ускоряют изнашивание инструмента, что не позволяет обрабатывать их с высокими скоростями резания.
Марки серого чугуна обозначаются буквами СЧ и числами, соответствующими его пределу прочности при растяжении в кгс/мм2.
В промышленности также применяются отливки из высокопрочных и ковких чугунов.
Высокопрочный чугун получают прибавлением к расплавленному чугуну присадок магния и ферросилиция, благодаря чему выделяющийся углерод приобретает шаровидную форму. Такой чугун обладает повышенной прочностью и пластичностью. Его применяют для деталей, работающих при значительных механических нагрузках.
В ковком чугуне графит имеет хлопьевидную форму. Этот чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна. Такие чугуны обладают повышенной прочностью и пластичностью и по своим свойствам занимают промежуточное положение между серым чугуном и сталью.
Высокопрочные и ковкие чугуны маркируются буквами и цифрами: ВЧ — высокопрочный чугун, К.Ч — ковкий чугун; первые две цифры — предел прочности при растяжении в кгс/мм2, последние цифры — относительное удлинение в %.
В табл. 2.1 приводятся основные механические свойства чугунных отливок.

Сталь — это железоуглеродистый сплав, содержащий до 2 % углерода (практически до 1,7 %).
Стали относятся к пластичным металлам, которым деформированием можно придать необходимую форму. По химическому составу они делятся на углеродистые и легированные; по назначению — на конструкционные, инструментальные, особого назначения (нержавеющие, жаропрочные и др.).
Углеродистые конструкционные стали подразделяются на обыкновенного качества, качественные и автоматные. Стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ct и цифрами от 0 до 7. Качественные имеют меньше посторонних примесей. Они маркируются цифрами 08, 10, 15, 20 и так далее до 60, указывающими содержание углерода в сотых долях процента. Выпускаются две группы таких сталей: I—с нормальным и II — с повышенным содержанием марганца. Последние в конце маркировки имеют букву Г — марганец. Качественные стали группы II обладают большей прочностью, и упругостью.
Автоматные стали содержат несколько больше серы и фосфора, что улучшает их обрабатываемость резанием. В обозначении таких сталей вначале ставят букву А — автоматная, а цифры после нее соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента.
Легированные конструкционные стали, кроме обычного состава, содержат хром, вольфрам, никель, ванадий, алюминий и др. Эти элементы придают стали определенные свойства: прочность, твердость, прокаливаемость, износостойкость и т. д.
Марки легированных сталей обозначают буквами и цифрами. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; затем следуют буквы, обозначающие легирующий элемент; цифры после букв — примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание элемента близко к 1 %, Цифра после буквы не ставится.
В маркировке приняты следующие буквенные обозначения элементов:
Г — марганец; С — кремний; X — хром; H — никель; M — молибден; В — вольфрам; Ф — ванадий; К — кобальт; Ю — алюминий; T — титан; Д — медь.
Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Механические свойства конструкционных сталей приведены в табл. 2.2.

Инструментальные стали делятся на углеродистые, легированные и быстрорежущие.
Углеродистые инструментальные стали содержат углерода от 0,65 до 1,35 %, обладают высокой прочностью, твердостью в закаленном состоянии 63—65 HRC3 и теплостойкостью до 200—250 °С.
Они делятся на качественные и высококачественные. Последние содержат меньше серы, фосфора и остаточных примесей. Марки этих сталей обозначают буквой У — углеродистая, а цифры после нее указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента. У высококачественных сталей в конце маркировки указывается буква А. Углерод существенно влияет на свойства стали. С повышением его содержания твердость, износостойкость и хрупкость стали увеличиваются, но вместе с тем ухудшается ее обработка резанием.

Легированную инструментальную сталь получают введением в высокоуглеродистую сталь хрома, вольфрама, ванадия и других элементов, которые повышают ее режущие свойства. Благодаря легирующим элементам эта сталь приобретает повышенную вязкость и износостойкость в закаленном состоянии, меньшую склонность к деформациям и трещинам при закалке, более высокую теплостойкость (до 300—350 °С) и твердость в состоянии поставки. Легированные инструментальные стали маркируются аналогично конструкционным с той лишь разницей, что первая цифра в начале марки означает содержание углерода в десятых долях процента.
Быстрорежущие стали представляют собой легированные инструментальные стали с высоким содержанием вольфрама (до 18%). После термообработки (закалки и многократного отпуска) они приобретают высокую красностойкость до 600 °C, твердость 63—66 HRCa и износостойкость.

Быстрорежущие стали маркируются буквами и цифрами. Первая буква P означает, что сталь быстрорежущая. Цифры послe нее указывают среднее содержание вольфрама в процентах. Остальные буквы и цифры означают то же, что и в марках легированных сталей. По ГОСТ 19265—73 установлено 11 марок быстрорежущих сталей, из которых для обработки конструкционных сталей рекомендуются первые четыре марки (табл. 2.3). Остальные быстрорежущие стали, легированные ванадием и кобальтом, имеют повышенные режущие свойства. Они предусмотрены для труднообрабатываемых сталей и сплавов высокой прочности и вязкости.
Твердость инструментальных сталей в состоянии поставки приведена в табл. 2.3.
Марку стали определяют по клейму на концах прутков стального проката или по окраске (табл. 2.4).
Сорт стали при достаточном опыте можно установить пробой на искру по ее цвету и характеру распространения (табл. 2.5).