Все железоуглеродистые сплавы, в соответствии с диаграммой железо-углерод, подразделяются на техническое железо (содержание углерода в сплаве менее 0,02%), стали (содержание углерода в сплаве от 0,02% до 2,14%) и чугуны (содержание углерода более 2,14%)
Характеристика сталей
Стали — сплавы железа (Fe) с углеродом (С), с содержанием последнего не более 2,14%. Стали характеризуются достаточно высокой плотностью (7,7 - 7,9 г/см3) и другими физическими величинами:*
- Удельная теплоёмкость при 20°C: 462 Дж/(кг·°C)
- Температура плавления: 1450—1520°C
- Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг)
- Коэффициент линейного теплового расширения при температуре около 20°C: 11,5·10-6 1/°С
- Коэффициент теплопроводности при температуре 100°С: 30 Вт/(м·К)
*Данные характеристики представляют среднее значение. Фактическая величина свойств зависит от содержания углерода и легирующих элементов в стали. Для ее точного определения стоит пользоваться марочниками сталей и сплавов.
На практике используются стали с содержанием углерода не более 1,3%, т.к. при его более высоком содержании увеличивается хрупкость.
Классификация сталей
Стали характеризуются или классифицируются по множеству признаков:
Классификация по химическому составу
- углеродистые стали - классифицируются в зависимости от содержания углерода в %:
- низкоуглеродистые (< 0,25 %C)
- среднеуглеродистые (0,25-0,65 %C)
- высокоуглеродистые (> 0,65 %C)
- легированные стали - классифицируются в зависимости от суммарного содержания легирующих элементов в %:
- низколегированные (< 2,5%)
- среднелегированные (2,5-10 %)
- высоколегированные (> 10 %)
Если содержание Fe меньше 45 %, то это сплав, на основе элемента самого высокого содержания. Если содержание Fe больше 45 %, то это сталь.
Классификация по назначению
- конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов, содержание углерода <0,8%. Конструкционные подразделяются на цементуемые, с содержанием углерода <0,3% и улучшаемые, с содержанием углерода >0,3%. Основную классификацию и группы конструкционных сталей можно посмотреть здесь
- инструментальные – применяются для изготовления мерительного, режущего инструмента, штампов горячего и холодного деформирования. Содержание углерода >0,8%;
- с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами, жаропрочные, износостойкие и др.
Классификация по структуре
Классификация по Обергофферу - по структуре в равновесном состоянии
Изначально эта классификация содержала только 4 типа сталей:
- доэвтектоидные
- эвтектоидные
- заэвтектоидные
- ледебуритные (имеющие в литом состоянии эвтектику)
Позже были внесены дополнения:
- ферритные
- аустенитные
Равновесное состояние - состояние сплава или стали после медленного охлаждения, чаще всего после отжига
Классификация по Гийе - по структуре после нормализации (нагрева и охлаждения на воздухе)
- перлитные
- мартенситные
- ферритные
- аустенитные
- карбидные
Также могут быть смешанные классы: феррито-перлитный, аустенитно-ферритный и т.д.
Классификация сталей по качеству
Количественным показателем качества является содержания вредных примесей- серы и фосфора:
- обыкновенного качества (S≤0,05, P≤0,04)
- качественные стали (S, P ≤0,035)
- высококачественные (S, P ≤0,025)
- особовысококачественные (S≤0,015, P≤0,025)
Классификация по способу выплавки
- в мартеновских печах
- в кислородных конверторах
- в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.
Классификация по степени раскисления
- кипящие (кп)
- полуспокойные (пс)
- спокойные (сп)
Расширенные характеристики и свойства (технологические, физические... химический состав) некоторых марок сталей смотрите здесь.
Классификация и маркировка чугунов
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.
Классификация чугунов
В зависимости от состояния углерода в чугуне, его подразделяют на следующие виды:
- белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида
Такой чугун может быть доэвтектическими и заэвтектическими, а разделяет их эвтектический чугун (4,31% С). Структура доэвтектического чугуна – перлит, вторичный цементит и ледебурит, заэвтектического – первичный цементит с ледебуритом.
- графитизированный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава. Такие чугуны подразделяют на:
- серые - пластинчатая или червеобразная форма графита (ЧПГ)
- высокопрочные - с шаровидным графитом (ЧШГ)
- ковкие - хлопьевидный графит (ЧХГ)
- чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) — имеет промежуточные свойства между СЧ и ВЧ. По форме графита напоминает СЧ, но имеет более толстые и более короткие пластины с округленными концами
Еще чугуны классифицируются по основе, в которой расположен графит. Основа может быть перлитной, ферритной, феррито-перлитной.
Маркировка чугунов
Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).
Пример маркировки
СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 - ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.
Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун: С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.
Чугуны специального назначения
К этой группе чугунов относятся жаростойкие (ГОСТ 7769—82), жаропрочные и коррозионностойкие (ГОСТ 11849—76) чугуны. Сюда же можно отнести немагнитные, износостойкие и антифрикционные чугуны.
Жаростойкими являются серые и высокопрочные чугуны, легированные кремнием (ЧС5) и хромом (4Х28, 4Х32). Высокой термо- и жаростойкостью обладают аустенитные чугуны: высоколегированный никелевый серый ЧН15Д7 и с шаровидным графитом ЧН15ДЗШ.
К жаропрочным относятся аустенитные чугуны с шаровидным графитом ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Ш.
В качестве коррозионностойких применяют чугуны, легированные кремнием (ферросилиды) — ЧС13, ЧС15, ЧС17 и хромом — 4Х22, 4Х28, 4Х32. Для повышения коррозионной стойкости кремнистых чугунов их легируют молибденом (4С15М4, 4С17МЗ — антихлоры). Высокой коррозионной стойкостью в щелочах обладают никелевые чугуны, например аустенитный чугун 4Н15Д7.
В качестве немагнитных чугунов также применяются аустенитные чугуны.
К износостойким чугунам относятся половинчатые и отбеленные чугуны. К износостойким половинчатым чугунам относится, например, серый чугун марки И4НХ2, легированный никелем и хромом, а также чугуны И4ХНТ, И4Н1МШ (с шаровидным графитом).
