Коррозионностойкие, жаропрочные, жаростойкие сплавы

Вольфрам – наиболее тугоплавкий металл. Его используют в качестве легирующего элемента в сталях и сплавах различного назначения, в электротехнике и электронике (нити накала, нагреватели в вакуумных  приборах).

В качестве легирующих элементов к вольфраму добавляют  молибден, рений, тантал. Сплавы вольфрама  с рением сохраняют пластичность до –196^oС и имеют предел прочности 150 МПа при температуре 1800^oС.

Для сплавов на основе вольфрама характерна низкая жаростойкость, пленки образующихся оксидов превышают  объем металла более, чем в  три раза, поэтому они растрескиваются  и отслаиваются Изготавливают изделия, работающие в вакууме).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Общая классификация и маркировка сталей.

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены  для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы).

Стали, классифицируют по самым различным  признакам. Мы рассмотрим следующие:

Химический состав.

В зависимости от химического состава  различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). В свою очередь  углеродистые стали могут быть:

• малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;
• среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%
• высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60% Легированные стали подразделяют на:

1. низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%

2. среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
3. высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

Назначение.

По назначению стали бывают:

• Конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.
• Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.
• С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар. 
• С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

Качество.

В зависимости от содержания вредных  примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

1. Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.
2. Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.
3. Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.
4. Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

Степень раскисления.                        

По степени удаления кислорода  из стали, т. е. По степени её раскисления, существуют:

• спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами “сп” в конце марки (иногда буквы опускаются);
• кипящие стали - слабо раскисленные; маркируются буквами "кп";  
• полу спокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами "пс".

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

1. сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
2. сталь группы Б - по химическому составу;
3. сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности σ, относительное удлинение δ%, предел текучести δ_т, изгиб в холодном состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются арабскими цифрами.

Стали обыкновенного качества обозначают буквами "Ст" и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква "Г" после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа "А" в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

Например:

Ст1кп2 - углеродистая сталь обыкновенного  качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

ВСт5Г - углеродистая сталь обыкновенного  качества с повышенным содержанием  марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими  свойствами и химическим составом (группа В);

Вст0 - углеродистая сталь обыкновенного  качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).

Качественные стали маркируют следующим образом:

1      в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации;

а) в сотых долях процента для  сталей, содержащих до 0,65% углерода;

05кп – сталь углеродистая  качественная, кипящая, содержит 0,05% С;

60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;

б) в десятых долях процента для  индустриальных сталей, которые дополнительно  снабжаются буквой "У":

У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);

У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;

2     легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами:

А – азот          К – кобальт     Т – титан         Б – ниобий       М – молибден Ф- ванадий     

В – вольфрам  Н – никель      Х – хром         Г – марганец

П – фосфор     Ц – цирконий   Д – медь         Р – бор                        Ю – алюминий

Е – селен         С – кремний    Ч – редкоземельные металлы

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого  элемента в процентах. Если цифры  нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего  элемента, за исключением молибдена  и ванадия (содержание которых в  солях обычно до 0,2-0,3%), а также  бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).

Примеры:

14Г2 – низко  легированная  качественная  сталь,  спокойная,  содержит приблизительно 14% углерода и до 2,0% марганца.

03Х16Н15М3Б - высоко легированная  качественная сталь, спокойная  содержит 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, до З,0% Мо, до 1,0% Nb.

 

 

Высококачественные и особовысококачественные  стали.

Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие  азота,  специально  введённого  в  сталь),  а  после  марки особовысококачественной - через тире букву "Ш".

Например:

У8А - углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода;

30ХГС-III – особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.

Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.

Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами "ШХ", после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;

ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и  кремния.

Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой "Р", следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:

Р18-быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама;

Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобальта.

Автоматные стали обозначают буквой "А" и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:

А12 - автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все  автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);

А40Г - автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5% содержанием марганца.

5. Свойства сплавов

Металлы — химические элементы, характеризующиеся  в твердом состоянии внутренним кристаллическим строением. Металлы  имеют характерный блеск, они  непрозрачны, при деформациях пластичны, характеризуются значительной теплопроводностью  и электропроводностью. Металлы  и сплавы, применяемые для изготовления товаров народного потребления, делят на черные и цветные. К цветным  металлам относятся также благородные (драгоценные) металлы.

Черные металлы. Характеризуются  большой плотностью, высокой температурой плавления, высокой твердостью. К  черным металлам относят железо, кобальт, никель, марганец. Железо может растворять углерод (0,2 - 6,67%), давать с ним химическое соединение цементит; высокоуглеродистые сплавы содержат графит. Чистое железо (99,999 % Fe) из-за низких механических свойств не применяют для изготовления металлических изделий. Для них используют сплавы железа с углеродом и другими элементами в виде сталей и чугунов.

Сталь. Сталь — сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Кроме углерода, в стали содержатся примеси марганца, кремния, фосфора, серы, кислорода, азота, водорода. Стали широко применяются для изготовления металлохозяйственных товаров.

По химическому составу стали  делят на углеродистые и легированные. Углеродистые стали названы так по основному элементу — углероду. Углерод, которого в этих сталях не более 1,35 %, сильно влияет как на структуру, так и на свойства сталей. С увеличением его содержания возрастают твердость, прочность, упругость стали и снижаются ее пластичность, относительное удлинение. Примесями углеродистой стали являются марганец, кремний, сера, фосфор. Добавление марганца (0,5-0,8%) позволяет повысить твердость и прочность стали. Кремний (0,35-0,4%) повышает твердость, упругость, пластичность, текучесть стали. Нежелательные примеси углеродистых сталей - сера, фосфор, кислород, азот, водород.

По назначению углеродистые стали  классифицируют на конструкционные  и инструментальные. По качеству конструкционные  углеродистые стали подразделяют на сталь качественную и сталь обыкновенного  качества; инструментальные — на качественную и высококачественную. В зависимости от степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (сп).

Конструкционные углеродистые стали  содержат углерод в небольшом  количестве — 0,06—0,85 %, вследствие чего обладают пластичностью, хорошо обрабатываются литьем, давлением, резанием, пригодны для изготовления изделий (конструкций) сложной формы.

Для изготовления изделий, не испытывающих при эксплуатации больших нагрузок, например посуды, целесообразно использовать кипящую сталь, а для изделий с большими механическими воздействиями (ножи, инструменты) больше подходят полуспокойная и спокойная сталь.

Углеродистые инструментальные стали  применяют для изготовления ножей, режущих инструментов, деталей бытовых  машин (мельницы для кофе, перца, мясорубки  и др.), испытывающих сильное трение при работе.

Легированные стали, кроме углерода, содержат один или несколько легирующих, специально добавляемых элементов. К легирующим элементам относят марганец, кремний, хром, никель, вольфрам, кобальт, молибден, ванадий, титан и др. Эти элементы в зависимости от их количества, сочетания между собой, изменяют структуру и свойства сталей. Данные стали превосходят углеродистые по твердости, износостойкости, жаропрочности, устойчивости к коррозии. Однако подобные стали дороже углеродистых, для выплавки их требуется большое количество цветных металлов.

По назначению легированные стали  классифицируют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. Конструкционные легированные стали характеризуются высокой прочностью к механическим нагрузкам и хорошей пластичностью, вязкостью.

Стали маркируют цифрами и буквами. Пример расшифровки стали марки 12Х2Н4А: 12 - 0,12% углерода, Х2 - 2% хрома, H4 - 4% никеля, А — высококачественная сталь.

Инструментальные легированные стали  используют для изготовления режущих, сверлильных, измерительных и других инструментов, поскольку эти инструменты  должны иметь повышенную износостойкость, особенно при высоких скоростях  обработки и температуре.

Легированные стали и сплавы с особыми свойствами представлены коррозионностойкими (нержавеющими) сталями и сплавами с высоким сопротивлением электрическому току. Коррозион-ностойкие стали применяют для изготовления ножей, вилок и других столовых и кухонных принадлежностей, посуды и металлической галантереи. Нержавеющие стали отличаются устойчивостью к действию пищевых кислот, поваренной соли, они не разрушают витамины, содержащиеся в пище, ее вкус и цвет. Изделия из коррозионностойких сталей имеют красивый внешний вид. Эти важные потребительные свойства стали приобретают благодаря легированию хромом, никелем, титаном. С уменьшением содержания углерода устойчивость стали к коррозии возрастает. Высокие коррозионностойкие и механические свойства хромистые и хромоникелевые стали приобретают также в процессе термической и механической обработки.