Технология материалов. Лекции

Ю - алюминий

Р - бор

Ф - ванадий

В - вольфрам

К - кобальт С - кремний

Г - марганец

Д - медь

М - молибден

Н - никель

Б - ниобий С - селен

Т - титан

У - углерод

П - фосфор

Х - хром

Ц - цирконий

Первые цифры марки  обозначают среднее содержание углерода в стали (в сотых долях процента для конструкционных сталей и  в десятых долях процента для  инструментальных и нержавеющих сталей). Затем буквой указан легирующий элемент. Цифрами, следующими за буквой, — его среднее содержание в целых единицах. При содержании легирующею элемента менее 1,5% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной. Буквой Ш — особо высококачественной.

Сталь обыкновенного  качества

Ст0, ВСт0, БСт0 - красный  и зеленый

Ст1, ВСт1кп - желтый и  черный

Ст2, ВСт2кп - желтый

СтЗ, ВСтЗкп, ВСтЗ, БСтЗкп, БСтЗ - красный

Ст4, ВСт4кп, ВСт4, БСт4кп, БСт4 - черный

Ст5, ВСт5 - зеленый

Ст6 - Синий

Углеродистая качественная сталь

08, 10, 15, 20 - белый

25, 30, 35, 40 - белый и  желтый

45, 50, 55, 60 - белый и коричневый 

Легированная конструкционная сталь

Хромистая - зеленый  и желтый

Хромомолибденовая - зеленый и фиолетовый

Xромованадиевая - зеленый  и черный

Марганцовистая - коричневый и синий

Хромомарганцовая - синий и черный

Хромокремнистая - синий  и красный

Хромокремнемарганцовая - красный и фиолетовый

Никельмолибденовая - желтый и фиолетовый

Хромоникелевая - желтый и черный

Хромоникелемолибденовая - фиолетовый и черный

Хромоалюминиевая - алюминиевый 

Коррозионностойкая  сталь

Хромистая - алюминиевый  и черный

Хромоникелевая - алюминиевый  и красный

Хромотитановая - алюминиевый  и желтый

Хромоникелекремнистая - алюминиевый и зеленый

Хромоникелетитановая - алюминиевый и синий

Хромоникелениобиевая - алюминиевый и белый

Хромомарганценикелевая - алюминиевый и коричневый

Хромоникелемолибденотитановая - алюминиевый и фиолетовый

Быстрорежущая сталь

Р18 - бронзовый и  красный

Р9 - бронзовый

Твердые спеченные  сплавы

ВК2 - черный с белой  полосой

ВКЗ-М - черный с оранжевой  полосой

ВК4 - оранжевый

ВК6 - синий

ВК6-М - синий с  белой полосой

ВК6-В - фиолетовый

ВК8 - красный

ВК8-В - красный с  синей полосой

ВК10 - красный с  белой полосой

ВК15 - белый

Т15К6 - зеленый

Т30К4 – голубой

ЖАРОПРОЧНЫЕ И НЕРЖАВЕЮЩИЕ  МАРКИ 

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАРКИ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ  СТАЛИ И СПЛАВЫ

Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и номером (СтО, Ст1, СтЗ и т.д.)

Качественные углеродистые стали маркируются двухзначными числами, показывающими среднее  содержание стали в сотых долях  г. процента: 05 ; 08 ; 10 ; 25 ; 40 и т.д. Буква  Г в марке стали указывает  на повышенное содержание Мп (14Г ;18Г и т.д.).

Автоматные стали  маркируются буквой А (А 12, АЗО и  т.д.).

Углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У (У8 ; У10 ; У12 и т.д.) . Здесь цифры означают содержание стали в десятых долях процента).

Обозначение марки  легированной стали состоит из букв, указывающих, какие компоненты входят в ее состав, и цифр, характеризующих их среднее содержание. В России используют следующие условные обозначения химического состава стали:

А - азот М - молибден

Ю - алюминий Н - никель

Р - бор Б - ниобий

Ф - ванадий С - селен

В - вольфрам Т - титан

К - кобальт У - углерод

С - кремний П - фосфор

Г - марганец X - хром

Д - медь Ц - цирконий

Первые цифры марки  обозначают среднее содержание углерода в стали (в сотых долях процента для конструкционных сталей и  в десятых долях процента для инструментальных и нержавеющих сталей). Затем буквой указан легирующий элемент. Цифрами, следующими за буквой, - его среднее содержание в целых единицах. При содержании легирующею элемента менее 1,5% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной. Буквой Ш- особо высококачественной. 

15-16.Железо и его сплавы. Фазы и структурные составляющие в системе “железо -углерод”.

На самом деле железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека.

В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре — 4,65 % (4-е место после O, Si, Al[2]). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра. 

Характеристика фазовых  и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов

В соответствии с  ранее данными определениями  фазовой и структурной составляющих системы, в системе железо-углерод  к фазовым составляющим относятся: жидкий раствор (L), твердые растворы: феррит (α), аустенит (γ) , высокотемпературный феррит (δ), а также цементит и графит (Г).

Жидкий раствор  в системе железо-углерод представляет собой раствор углерода в расплавленном  железе. При температурах значительно  выше линии ликвидус (преимущественно  выше 1700˚С) жидкость является статистически неупорядоченным раствором со статистически плотной упаковкой. При небольшом перегреве выше линии ликвидус жидкий раствор имеет сравнительно регулярное строение. Жидкий раствор, образовавшийся при плавлении δ-феррита (до 0,51% углерода), сохраняет ближний порядок по ОЦК-решетке δ-железа. Жидкий раствор, образующийся при плавлении аустенита, имеет ближний порядок, соответствующий ГЦК-решетке γ -железа.

Феррит – это  твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Решетка феррита –  объемно-центрированный куб с расположением атомов углерода в сравнительно небольших октаэдрических пустотах решетки, сильно искажающим ее. Растворимость углерода в феррите невелика.

При температуре 727 ˚С в феррите растворяется 0,02% С; при  понижении температуры растворимость уменьшается, достигая величины 0,006%С при комнатной температуре. Структура феррита представляет собой сравнительно равноосные полиэдрические кристаллы, разделенные между собой тонкими высокоугловыми границами. Выявляется обычно структура феррита при травлении растворами азотной кислоты.

Феррит до температуры  точки Кюри (770˚С) сильно ферромагнитен, хорошо проводит тепло и электрический  ток. В равновесном состоянии  феррит пластичен (относительное удлинение  порядка 40%), имеет небольшую прочность  и твердость (HB = 65 - I30, в зависимости от величины зерна).

Феррит, в зависимости  от характера протекающих фазовых  превращений, в структуре железоуглеродистых сплавов может находиться в виде различных структурных состояний: феррит, как основа структуры сплава (Ф); феррит, как вторая (избыточная) фаза, располагающаяся по границам перлитных колоний, в виде отдельных включений равноосной или игольчатой формы; феррит, входящий в качестве фазы в состав другой структурной составляющей – перлита или феррито-графитного эвтектоида.

При температурах выше критической точки А4 стабильной становится модификация высокотемпературного δ–феррита, имеющего, как и низкотемпературный α–феррит, объемно-центрированную кубическую решетку, но с большими по сравнению  с ним параметрами. δ -феррит парамагнитен.

Аустенит – твердый  раствор внедрения углерода в  γ-железе. Решетка аустенита –  гранецентрированный куб (ГЦК). Атомы  углерода располагаются в крупных  октаэдрических пустотах решетки.

Растворимость углерода в аустените значительно больше, чем в феррите: 2,03 и 2,14% при температурах эвтектического превращения, соответственно, в стабильной и метастабильной системе. При понижении температуры растворимость уменьшается до 0,69 и 0,80% в упомянутых системах, что соответствует температурам эвтектоидного превращения в той и другой системах.

Аустенит в структуре  выявляется так же, как и феррит в виде сравнительно равноосных полиэдров, но отличается от него значительным количеством  двойников в теле зерна. Аустенит – парамагнитная составляющая во всем температурном интервале его существования. Аустенит мягок, хотя тверже феррита (HB = 200-250). Он пластичен (относительное удлинение 40-50% и выше). Превращение феррита и феррито-цементитной смеси в аустенит сопровождается уменьшением объема.

Структурное состояние аустенита (А) в железоуглеродистых сплавах аналогично ферриту: он может быть единственной структурной составляющей в сплаве; составлять основу сплава; входить в него, как остаточный аустенит; содержаться в виде фазовой составляющей в составе более сложной структурной составляющей – эвтектической аустенито-цементитной смеси (ледебурита), существующей при температурах выше эвтектоидной линии на диаграмме железо-углерод.

Цементит – метастабильное соединение железа с углеродом, соответствующее  формуле Fe3C. Цементит имеет сложную орторомбическую решетку, основа которой представляет собой трехгранную, слегка искаженную призму, образованную шестью атомами железа. Часть атомов железа имеет 11 соседних атомов железа, а часть – 12. Пустоты заполняются атомами углерода. В этом структура цементита близка по своему строению к структуре аустенита, а также к плотнейшей гексагональной модификации ε – железа.

Цементит – соединение практически постоянного состава. Растворимость железа в цементите  имеет место, но ее величина очень мала, и практически незначима. Цементит при повышении температуры сравнительно легко разлагается на железо (аустенит или феррит) и графит. Это свойство цементита лежит в основе явления графитизации, и используется для получения серых и ковких чугунов. Цементит хрупок, очень тверд (НВ около 800), слабо магнитен до температуры 210˚С. Выше этой температуры цементит парамагнитен.

Структурное состояние  цементита определяется, в основном, типом превращения, при котором  он образуется. Различают первичный цементит (ЦI), который представляет собой крупные игольчатые кристаллы, образующиеся при кристаллизации непосредственно из жидкости в заэвтектическом белом чугуне. Вторичный цементит (ЦII) выделяется в заэвтектоидных сталях и доэвтектических чугунах, в основном, в виде сетки по границам зерен аустенита, а также в ряде случаев в виде равномерно распределенных по объему аустенитного зерна скоагулированных частиц или игл. Вторичный цементит – это избыточная фаза в железоуглеродистых сплавах, выделяющаяся из аустенита при охлаждении в результате уменьшения растворимости углерода в аустените при понижении температуры.

Выделение третичного цементита (ЦIII) характерно для технического железа и малоуглеродистой стали. Выделяется третичный цементит из феррита в результате уменьшения растворимости углерода в феррите с понижением температуры от 727˚С до комнатной температуры. Третичный цементит в структуре железа и малоуглеродистой стали в микроструктуре наблюдается в виде тонких прожилок по границам зерен феррита. Такие выделения третичного цементита охрупчивают железо и малоуглеродистые стали. Поэтому такие сплавы подвергают термической обработке с целью изменения структурного состояния третичного цементита. Желательное его положение в структуре сплава – равномерно рассредоточенные выделения в объеме ферритных зерен. Этого добиваются путем закалки и старения.

Кроме того, цементит в качестве фазовой составляющей входит в состав сложных двухфазных структурных составляющих в железо-углеродистых сплавах – перлита и ледебурита. В этом случае такой цементит называют эвтектоидным и эвтектическим (Цэ), соответственно.