Влияние химических элементов на свойства стали и чугуна
Стали. С увеличением содержания углерода (рис.1.30) повышаются твердость и прочность, снижается пластичность, улучшается обработка резанием, повышается закаливаемость, но ухудшается свариваемость стали. Твердость и прочность тем выше, чем выше дисперсность (более мелкие кристаллы) феррита и цементита.
Вредными примесями для стали являются S, P, O, H, N. Сера S ухудшает пластичность и вязкость; сталь становится хрупкой при высоких температурах (красноломкость), поэтому серы должно быть в сталях менее 0,03%. При наличии серы в сплаве по краям зерен создается эвтектика FeS, которая при температурах выше 985 °С плавится, поэтому по границам зерен образуются трещины и металл разрушается.
Наличие фосфора Р в стали приводит к хладноломкости (возникают трещины уже при комнатной температуре и, особенно, интенсивно при отрицательных температурах), ухудшается пластичность и вязкость сплава. В высококачественных сталях должно быть фосфора менее 0,03%.
Марганец Mn раскисляет сталь и нейтрализует вредное влияние серы S,. повышает прочность и износостойкость стали.
Кремний Si повышает упругость и прочность стали, увеличивает предел текучести, что снижает возможности холодной штамповки и высадки металла.
Чугуны. Микроструктура чугунов (табл. 14) зависит от скорости охлаждения металла: при быстром охлаждении будет белый чугун (углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита и ледебурита) , а при медленном охлаждении будет серый чугун (углерод находится в виде графита).
Таблица 1.4 Марки и механические характеристики чугунов.
|
Группы чугунов |
Марки чугунов |
sb, МПа |
НВ |
d , % |
|
Серые |
СЧ 10 |
100 |
120…150 |
|
|
|
СЧ 15 |
150 |
130…241 |
|
|
|
……… |
……… |
…….. |
|
|
|
СЧ 35 |
350 |
179…290 |
|
|
Высокопрочные |
ВЧ 35 |
350 |
140…170 |
22 |
|
|
ВЧ 40 |
400 |
140…202 |
15 |
|
|
……… |
………. |
…….. |
……… |
|
|
ВЧ 100 |
1000 |
270…360 |
2 |
|
Ковкие |
КЧ 30-6 |
³ 300 |
£ 163 |
6 |
|
|
КЧ 33-8 |
³ 330 |
£ 163 |
8 |
|
|
КЧ 37-12 |
³ 370 |
£ 163 |
12 |
|
|
……. |
……. |
|
…… |
|
|
КЧ 63-2 |
³ 630 |
£ 269 |
2 |
Кремний Si способствует графитизации чугуна, и улучшает его литейные свойства. В серых чугунах содержится 0,8 …4,5% Si.
Марганец Mn способствует отбеливанию чугуна, но содержание Mn до 1,2% полезно, т.к. увеличиваются твердость и прочность чугуна.
Фосфор Р повышает жидкотекучесть чугуна, поэтому допустимо его содержание до 0,4%, но в ответственных чугунных отливках содержится фосфора менее 0,15%, т.к. с ростом содержания его увеличивается хрупкость чугуна.
Сера S затрудняет графитизацию, увеличивает хрупкость и ухудшает жидкотекучесть чугуна, поэтому серы в чугунах должно быть не более 0,1%.
Серые чугуны делятся на модифицированные, высокопрочные и ковкие (табл. 1.4.).
В серых чугунах графит имеет пластинчатую форму, в высокопрочных- шаровидную, а в ковких- хлопьевидную.
Примеры обозначения чугунов:
СЧ25 ГОСТ 1412-85, ВЧ 50 ГОСТ 7293-85.