Лекция 6 — Железо и сплавы на его основе. Стали и чугуны

Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Железо и сплав

на его основе.
тали
1
ЛЕКЦИЯ №6. ЧАСТЬ 1
Алексеева Юлия Олеговна
асп
. 2 года ФАКИ МФТИ
младший научный сотрудник лаборатории
прикладных нанотехнологий МФТИ
Компонент
 и фаз
 в системе
железо
-
углерод
Две диаграммы железоуглеродистых сплавов:

Метастабильная
Fe
−
Fe
3
C

Стабильная
Fe
−
C
Гр
2
3
4
Железо
Серебристо
-
белый пластичный металл из
VIII
группы
Периодической системы химических элементов
Д.И. Менделеева, атомный номер 26,
t
пл
= 1539

C
Чистое
железо
‭
не более P.PPP1% примесей
Техническое
железо
‭
не более P.1
‭
P.2% примесей
5
6
Углерод
Принадлежит
IV
группе Периодической системы
химических элементов Д.И. Менделеева.
В природе: графит (
t
пл
= 3500

C
)
и алмаз.
7
8
Алмаз
графит
9
Феррит (Ф)
‭
раствор
С
в
Fe
α
Аустенит (А)
‭
раствор
С
в
Fe
γ
Цементит (Ц)
‭
Fe
3
C
, 6.67%
C
Ледебурит (Л)
Перлит (П)
S изотермических
превращения:

Перитектическое (1 499 ⁰С)

Эвтектическое (1 147 ⁰С)

Эвтектоидное
(727 ⁰С)
Диаграмма
состо‬ни‬
железо
-
цементит
10
HB
‭
твёрдость по
Бринелю
,

‭
относительное удлинение после разрыва
11
тали
Чугун

Диаграмма
состо‬ни‬
железо
-
цементит
Феррит (Ф)
‭
раствор
С
в
Fe
α
Аустенит (А)
‭
раствор
С
в
Fe
γ
Цементит (Ц)
‭
Fe
3
C
, 6.67%
C
Ледебурит (Л)
Перлит (П)
S изотермических
превращения:

Перитектическое (1 499 ⁰С)

Эвтектическое (1 147 ⁰С)

Эвтектоидное
(727 ⁰С)
12
тал

Многокомпонентный сплав, в котором наряду с
углеродом, определяющим её механические и
технологические свойства, содержатся
остаточные раскисляющие элементы (
Mn
,
Si
,
Al
),
а также переходящие из шихты элементы (
Cr
,
Ni
,
S
,
P
и др.), допустимые массовые доли которых
регламентируются стандартом.
13
Шихта
Смесь исходных материалов, а в некоторых
случаях (при выплавке чугуна в доменной
печи) и топлива в определённой пропорции,
подлежащая переработке в металлургических,
химических и других агрегатах.
14
ПРименение
углеродист
х сталей
15
16
Стали
По содержанию
углерода
Низкоуглеродистые

P.S% С
Среднеуглеродистые
0.3
-
P.6% С
Высокоуглеродистые
�
P.6% С
По назначению
Конструкционные
Строительные

P.25% С
Машиностроительные

P.8% С
Цементуемые

P.25% С
Улучшаемые
0.3
-
P.5% С
Пружинно
-
рессорные
0.5
-
P.8 % С
Инструментальные
По качеству
Обыкновенные

0.06%
S
и
0.07% P
Качественные

0.0
4
%
S
и
0.035% P
Высококачественные

0.0
25
%
S
и
0.025% P
По степени
раскисления
Спокойные
0.15
-
0.3%
Si
и
0.002% O
2
Полуспокойные
0.
0
5
-
0.
15
%
Si
и
0.01% O
2
Кипящие
0.
0
5%
Si
и
0.02% O
2
По структуре
Доэвтектоидные
феррит + перлит
Эвтектоидные
перлит
Заэвтектоидные
перлит + вторичный цементит
Раскисление
Процесс
удаления
из жидкого металла
кремния и кислорода
, проводимый с целью
предотвращения хрупкого разрушения стали
при горячей деформации
17
Раскисление
и легирование
стали в ковше
Вли‬ние посторонних примесей
на углеродист
е стали
Углеродистая сталь
‭
инструментальная или
конструкционная сталь, не содержащая
легирующих добавок
‭
85%
Легированная сталь
‭
сталь, которая, кроме
обычных примесей, содержит легирующие
элементы, специально вводимые в
определённых количествах для обеспечения
требуемых физических или механических
свойств
‭
15%
18
Вли‬ние посторонних примесей
на углеродист
е стали
+
Марганец
‭
Mn
O
2
‭
пиролюзит
+
Кремний
‭
S
iO
‭
кремнезем
‭
Фосфор
‭
P
‭
хладноломкость!
‭
Сера
‭
S
,
F
e
S
,
MnS
‭
охрупчивание
!
‭
Кислород
‭
F
e
O
,
Fe
2
O
3
‭
прочность и
пластичность!
‭
Азот
‭
охрупчивание
!
‭
Водород
‭
охрупчивание
!
19
Марганец и кремний
Марганец
: 0.3
‭
0.8 %

Уменьшает воздействие серы и кислорода
Кремний
: 0.4 %

Упрочнение

Активный
раскислитель
Полезные примеси!
20
Неметаллические примеси
Сера
: P.PS5‧P.P6 %

Эвтектика
Fe
S
при 988 ⁰С

Красноломкость
Фосфор
: P.P25‧P.P45 %

Упрочнение

Снижение пластичности и вязкости

Охрупчение
Вредные примеси!
21
Газов
е примеси
Азот и кислород:

Повышение порога хладноломкости

Снижение ударной вязкости
Водород
: P.PS5‧P.P6 %

Охрупчение

Образование тонких трещин
‭
флокенов

Образование множества мелких пор
Вредные примеси!
22
23
примеси
Постоянные
e
Полезные
e
Кремний
e
Марганец
e
Вредные
e
Сера
e
Фосфор
Скрытые
e
Азот
e
Кислород
e
Водород
Специальные
(легирующие)
e
Хром
e
Никель
e
Молибден
e
Вольфрам
e
Титан
e
Ниобий
e
Кобальт
e
Алюминий
e
Медь
e
Азот
e
Бериллий
Случайные
Вли‬ние Легиру‫…их ‪лементов
на структуру и свойства стали

Упрочнение феррита (стали в незакаленном
состоянии)

Устойчивость аустенита (улучшение структуры
стали, её
прокаливаемости
)

Прочность при повышенных и высоких
температурах эксплуатации

Коррозионная стойкость

Износостойкость

Особые физические и электрические свойства
24
Вли‬ние Легиру‫…их ‪лементов
на полиморфн
е превра…ени‬ сталей
25
Аустенитные

Кобальт

Никель

Марганец

Углерод

Азот
Ферритные

Хром

Молибден

Вольфрам

Кремний

Титан
Вли‬ние Легиру‫…их ‪лементов
на фазов
е превра…ени‬ сталей
26
27
28
Вли‬ние Легировани‬
на
свойства феррита и
аустенита
Вли‬ние Углерода на свойства
углеродист
х сталей
Улучшаются:
+
Твёрдость
+
Прочность
+
Текучесть
Ухудшаются:
‭
Пластичность
‭
Вязкость
‭
Электропроводность
‭
Магнитная
проницаемость
‭
Остаточная индукция
29
30
Стали
По содержанию
углерода
Низкоуглеродистые

P.S% С
Среднеуглеродистые
0.3
-
P.6% С
Высокоуглеродистые
�
P.6% С
По назначению
Конструкционные
Строительные

P.25% С
Машиностроительные

P.8% С
Цементуемые

P.25% С
Улучшаемые
0.3
-
P.5% С
Пружинно
-
рессорные
0.5
-
P.8 % С
Инструментальные
По качеству
Обыкновенные

0.06%
S
и
0.07% P
Качественные

0.0
4
%
S
и
0.035% P
Высококачественные

0.0
25
%
S
и
0.025% P
По степени
раскисления
Спокойные
0.15
-
0.3%
Si
и
0.002% O
2
Полуспокойные
0.
0
5
-
0.
15
%
Si
и
0.01% O
2
Кипящие
0.
0
5%
Si
и
0.02% O
2
По структуре
Доэвтектоидные
феррит + перлит
Эвтектоидные
перлит
Заэвтектоидные
перлит + вторичный цементит
31
32
33
34
Недостатки

Не обеспечивают требуемых свойств по
хладостойкости
!

Сибирь и Крайний Север

Малая прочность

Большой расход металла

Большая масса металлоконструкций
За счёт термического упрочнения углеродистых
сталей, применения низколегированных сталей.
35
Железо и сплав

на его основе.
чугун

39
ЛЕКЦИЯ №
6. ЧАСТЬ 2
Алексеева Юлия Олеговна
асп
. 2 года ФАКИ МФТИ
младший научный сотрудник лаборатории
прикладных нанотехнологий МФТИ
40
тали
Чугун

Диаграмма
состо‬ни‬
железо
-
цементит
Феррит (Ф)
‭
раствор
С
в
Fe
α
Аустенит (А)
‭
раствор
С
в
Fe
γ
Цементит (Ц)
‭
Fe
3
C
, 6.67%
C
Ледебурит (Л)
Перлит (П)
S изотермических
превращения:

Перитектическое (1 499 ⁰С)

Эвтектическое (1 147 ⁰С)

Эвтектоидное
(727 ⁰С)
41
Чугуны
Белые
Серые
Высокопрочные
Ковкие
42
Бел
й Чугун
43
44
Бел
й Чугун
45
ер
й Чугун
+ Графит (в форме пластин)
‭
ªпустоты, трещины…
Вли‬ние посторонних примесей
на
ер
й чугун
+
Марганец
‭
Mn
(0.2
-
1.1%)
‭
мех.
с
в
-
ва
+
Кремний
‭
S
iO
‭
кремнезем
+
Фосфор
‭
P
(
1 %)
‭

износостойкость
‭
Сера
‭
S
(1
-
3%)
‭

мех., литейные
св
-
ва
46
47
Чугун

48
В
сокопрочн
е Чугун

+ модифицирование магнием
49
Ковкие Чугун

+ Графит (в форме хлопьев)
51
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОЫ ПО ЛЕКЦИИ
№
6
Вариант 1
1.
Как влияет содержание
серы и фосфора на
свойства стали?
2.
Приведите
примеры
полезных
примесей в
стали.
3.
Белый чугун
. Его структура.
4.
Высокопрочный чугун.
Вариант
2
1.
Как влияют марганец и
кремний на механические
свойства стали?
2.
Приведите
примеры
вредных
примесей в стали.
3.
Серый чугун. Его структура
.
4.
Ковкий чугун.
52