1.Сталь
(Пол. stal, від нім. Stahl) - деформується (ковкий) сплав заліза з вуглецем (та іншими елементами), що характеризується евтектоїдних перетворенням. Вміст вуглецю в сталі не більше 2,14%, але не менше 0,022%. Вуглець надає сплавів заліза міцність і твердість, знижуючи пластичність і в'язкість.
Враховуючи, що в сталь можуть бути додані легуючі елементи, сталлю називається містить не менше 45% заліза сплав заліза з вуглецем і легуючими елементами (легована, високолегована сталь).
У давньоруських письмових джерелах сталь іменувалася спеціальними термінами: "Оцело", "Харолуг" і "Уклад". У деяких слов'янських мовах і сьогодні сталь називається "Оцело", наприклад в чеському.
Сталь - найважливіший конструкційний матеріал для машинобудування, транспорту, будівництва і інших галузей народного господарства.
Стали з високими пружними властивостями знаходять широке застосування в машино-та приладобудуванні. У машинобудуванні їх використовують для виготовлення ресор, амортизаторів, силових пружин різного призначення, у приладобудуванні - для численних пружних елементів: мембран, пружин, пластин реле, сильфонів, розтяжок, підвісок.
Пружини, ресори машин і пружні елементи приладів характеризуються різноманіттям [Джерело? 122 дні] форм, розмірів, різними умовами роботи. Особливість їх роботи полягає в тому, що при великих статичних, циклічних або ударних навантаженнях в них не допускається залишкова деформація. У зв'язку з цим всі пружинні сплави крім механічних властивостей, характерних для всіх конструкційних матеріалів (міцності, пластичності, в'язкості, витривалості), повинні володіти високим опором малим пластичних деформацій. В умовах короткочасного статичного навантаження опір малим пластичних деформацій характеризується межею пружності, при тривалому статичному або циклічному навантаженні - релаксаційної стійкістю
Класифікація
Стали діляться на конструкційні та інструментальні. Різновидом інструментальної є швидкоріжуча сталь.
За хімічним складом сталі поділяються на вуглецеві і леговані; в тому числі за змістом вуглецю - на низьковуглецеві (до 0,25% С), середньовуглецеві (0,3-0,55% С) і високовуглецеві (0,6-0,85 % С); леговані стали за змістом легуючих елементів діляться на низьколеговані, середньолеговані та високолеговані.
Стали, в залежності від способу їх отримання, містять різну кількість неметалічних включень. Вміст домішок лежить в основі класифікації сталей по якості: звичайної якості, якісні, високоякісні і особливо високоякісні.
За структурою сталь різниться на аустенітних, феритної, мартенситную, бейнітного або перлітну. Якщо в структурі переважають дві і більше фаз, то сталь поділяють на двофазну і багатофазну.
Характеристики стали
Щільність - 7700-7900 кг / м ³.
Питома вага - 75537-77499 н / м ³ (7700-7900 кгс / м ³ в системі МКГСС).
Питома теплоємність при 20 ° C - 462 Дж / (кг · ° C) (110 кал / (кг · ° C)).
Температура плавлення - 1450-1520 ° C.
Питома теплота плавлення - 84 кДж / кг (20 ккал / кг).
Коефіцієнт теплопровідності - 39 ккал / (м · год · ° C) (45,5 Вт / (м · К)). [Джерело? 136 днів]
Коефіцієнт лінійного теплового розширення при температурі близько 20 ° C:
сталь Ст3 (марка 20) - (1/град);
сталь нержавіюча - (1/град).
Межа міцності сталі при розтягуванні:
сталь для конструкцій - 38-42 (кг / мм ²);
сталь кремнехромомарганцовістая - 155 (кг / мм ²);
сталь машинобудівна (вуглецева) - 32-80 (кг / мм ²);
сталь рейкова - 70-80 (кг / мм ²);
2.Чугу н
- Сплав заліза з вуглецем (змістом зазвичай більше 2,14%), що характеризується евтектічесім перетворенням. Вуглець в чавуні може міститися у вигляді цементиту і графіту. Залежно від форми графіту та кількості цементиту, виділяють: білий, сірий, ковкий і високоміцні чавуни. Чавуни містять постійні домішки (Si, Mn, S, P), а в деяких випадках також легуючі елементи (Cr, Ni, V, Al та ін.) Як правило, чавун крихкий. Світове виробництво чавуну в 2007 склало 953 млн тонн (у тому числі в Китаї - 477 млн тонн).
Види чугунa
Білий чавун
У білому чавуні весь вуглець знаходиться у вигляді цементиту. Структура такого чавуну - перліт, ледебурит і цементит. Таку назву цей чавун отримав з-за світлого кольору зламу.
Сірий чавун
Сірий чавун - це сплав заліза, кремнію (від 1,2 - 3,5%) і вуглецю, що містить також постійні домішки Mn, P, S. У структурі таких чавунів більша частина або весь вуглець знаходиться у вигляді графіту пластинчастої форми. Злам такого чавуну через наявність графіту має сірий колір.
Ковкий чавун
Ковкий чавун одержують тривалим відпалом білого чавуну, в результаті якого утворюється графіт сиплеся форми. Металева основа такого чавуну: ферит і рідше перліт.
Високоміцний чавун
Високоміцний чавун має в своїй структурі кулястий графіт, який утворюється в процесі кристалізації. Кулястий графіт послаблює металеву основу не так сильно як пластинчастий, і не є концентратором напружень.
Половинчастий чавун
У половинчастим чавуні частина вуглецю (більше 0,8%) міститься у вигляді цементиту. Структурні складові такого чавуну - перліт, ледебурит і пластинчастий графіт.
Класифікація
Залежно від змісту вуглецю сірий чавун називається доевтектичні (2,14-4,3% вуглецю), евтектичним (4,3%) або заевтектичних (4,3-6,67%). Склад сплаву впливає на структуру матеріалу.
Залежно від стану і змісту вуглецю в чавуні розрізняють: білі і сірі (за кольором зламу, який обумовлюється структурою вуглецю в чавуні у вигляді карбіду заліза або вільного графіту), високоміцні з кулястим графітом, ковкі чавуни, чавуни з вермікулярним графітом. У білому чавуні вуглець присутній у вигляді цементиту, в сірому - в основному у вигляді графіту.
У промисловості різновиди чавуну маркуються таким чином:
передільний чавун - П1, П2;
передільний чавун для виливків - ПЛ1, ПЛ2,
передільний фосфористий чавун - ПФ1, ПФ2, ПФ3,
передільний високоякісний чавун - ПВК1, ПВК2, ПВК3;
чавун з пластинчастим графітом - СЧ (цифри після букв "СЧ", позначають величину тимчасового опору розриву в кгс / мм);
антифрикційний чавун
антифрикційний сірий - АЧС,
антифрикційний високоміцний - АЧВ,
антифрикційний ковкий - АЧК;
чавун з кулястим графітом для виливків - ВЧ (цифри після букв "ВЧ" означають тимчасовий опір розриву в кгс / мм і відносне подовження (%);
чавун легований зі спеціальними властивостями - Ч.
3.До менная піч,
до мна - велика металургійна, вертикально розташована піч для виплавки чавуну з залізорудної сировини. Перші доменні печі з'явилися в Європі в середині XIV століття, в Росії - близько 1630
Опис
Доменна піч є спорудою висотою до 35 м, висота обмежується міцністю коксу, на якому тримається весь стовп шихтових матеріалів. Завантаження шихти здійснюється зверху, через типове завантажувальний пристрій, який одночасно є і газовим затвором доменної печі. У домні відновлюють багату залізну руду (на сучасному етапі запаси багатою залізної руди збереглися лише в Австралії і Бразилії), агломерат або окатиші. Іноді як рудної сировини використовують брикети.
Доменна піч є спорудою Верхня її частина - колошника, необхідного для завантаження шихти; найбільшою по висоті розширюється конічної частини - шахти, в якій відбуваються процеси нагріву матеріалів і відновлення заліза з оксидів; найширшої циліндричної частини - распара, в якому відбуваються процеси розм'якшення і плавлення відновленого заліза; звужується конічної частини - заплічок, де утворюється відновний газ - монооксид вуглецю; циліндричної частини - горна, службовця для накопичення рідких продуктів доменного процесу - чавуну і шлаку.
У верхній частині сурми розташовуються фурми - отвори для подачі нагрітого до високої температури дуття - стиснутого повітря, збагаченого киснем і вуглеводневим паливом.
На рівні фурм температура близько 2000 ° C. У міру підвищення вгору температура знижується, і у колошників доходить близько 270 ° C. Таким чином в печі на різній висоті встановлюється різна температура, завдяки чому протікають різні процеси переходу руди в метал.
Процеси, які відбуваються в печі
У верхній частині печі, де притока повітря достатньо велика, кокс згорає, утворюючи діоксид вуглецю і виділяючи велику кількість тепла.
C + O 2 = CO 2 + Q
Діоксид вуглецю, залишаючи зону, збагачену киснем, вступає в реакцію з коксом і утворює монооксид вуглецю - головний відновник доменного процесу.
CO 2 + C = 2 CO
Монооксид вуглецю на оксиди заліза, віднімаючи у них кисень і відновлюючи до металу:
Fe 2 O 3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO 2
Отримане залізо в краплями стікає по розпеченому коксу вниз, насичуючись вуглецем, в результаті чого виходить сплав, що містить 2,14 - 6,67% вуглецю. Такий сплав називається чавуном. Крім вуглецю в нього входять невелика частка кремнію і марганцю. В кількості десятих долей відсотка до складу чавуну входять також шкідливі домішки - сірка і фосфор. Крім чавуну в горні утворюється і накопичується шлак, у якому збираються всі шкідливі домішки.
Раніше, шлак випускався через окрему шлакову летку. В даний час і чавун, і шлак випускають через жолоб льотку одночасно. Поділ чавуну і шлаку відбувається вже поза доменної печі - в жолобі, за допомогою розділової плити. Відокремлений від шлаку чавун зливається в чавуновозних ковші і вивозиться в сталеплавильний цех.
4.Вліяніе хімічних елементів на властивості стали і чавуну
Зі збільшенням змісту вуглецю (ріс.1.30) підвищуються твердість і міцність, знижується пластичність, поліпшується обробка різанням, підвищується закаліваемость, але погіршується зварюваність сталі. Твердість і міцність тим вище, чим вище дисперсність (більш дрібні кристали) фериту і цементиту.
Шкідливими домішками для сталі є S, P, O, H, N. Сірка S погіршує пластичність і в'язкість; сталь стає крихкою при високих температурах (красноломкость), тому сірки повинно бути в сталях мене 0,03%. При наявності сірки в сплаві по краях зерен створюється евтектика FeS, яка при температурах вище 985 "З плавиться, тому на межі зерен утворюються тріщини і метал руйнується.
Наявність фосфору Р в сталі призводить до холодноламкості (виникають тріщини вже при кімнатній температурі і, особливо, інтенсивно при негативних температурах), погіршується пластичність і в'язкість сплаву. У високоякісних сталях повинно бути фосфору менше 0,03%.
Марганець Mn раскисляют сталь і нейтралізує шкідливий вплив сірки S,. підвищує міцність і зносостійкість сталі. Кремній Si підвищує пружність і міцність сталі, збільшує межа плинності, що знижує можливості холодного штампування і висадки металу.
Мікроструктура чавунів (табл. 14) залежить від швидкості охолодження металу: при швидкому охолодженні буде білий чавун (вуглець знаходиться в хімічно зв'язаному стані у вигляді цементиту і ледебуріта), а при повільному охолодженні буде сірий чавун (вуглець знаходиться у вигляді графіту).
Кремній Si сприяє графітизації чавуну, і покращує його ливарні властивості. У сірих чавунах міститься 0,8 ... 4,5% Si.
Марганець Mn сприяє відбілюванню чавуну, але зміст Mn до 1,2% корисно, тому що збільшуються твердість і міцність чавуну.
Фосфор Р підвищує жидкотекучесть чавуну, тому допустимо його зміст до 0,4%, але у відповідальних чавунних виливках міститься фосфору менше 0,15%, тому що із зростанням вмісту його збільшується крихкість чавуну.
Сірка S ускладнює графітизацію, збільшує крихкість і погіршує жидкотекучесть чавуну, тому сірки в чавунах повинно бути не більше 0,1%.
Сірі чавуни поділяються на модифіковані, високоміцні і ковкі (табл. 1.4.).
У сірих чавунах графіт має пластинчасту форму, у високоміцних-кулясту, а в ковких-пластівчасті. Приклади позначення чавунів: СЧ25 ГОСТ 1412-85, ВЧ 50 ГОСТ 7293-85.