Железо и его сплавы

СПЛАВЫ С УГЛЕРОДОМ.
СТАЛЬ
Сталь – твердый раствор α-железа и углерода, содержание которого не превышает 2,14%.
Марка стали определяется процентным содержанием углерода в сотых долях процента.

СТАЛЬ
Стали, как и чистому железу, свойственен полиморфизм, т. е. способность кристаллической решётки менять своё строение при нагреве и охлаждении.

ПОЛИМОРФИЗМ ЧИСТОГО ЖЕЛЕЗА
жидкое
ОЦК
ОЦК
ОЦК
ГЦК
парамагнитно
парамагнитно
ферромагнитно

ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ
Взаимодействие углерода с модификациями железа приводит к образованию твёрдых растворов.
Феррит – твердый раствор α-железа и углерода, содержание которого не превышает 0,04%.

ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ
Перлит – твердый раствор α-железа и углерода, процентное содержание которого составляет 0,8%.

ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ
Цементит (карбид железа) – химическое соединение железа с углеродом, процентное соотношение которого превышает 6,67%.

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО РАВНОВЕСНОМУ СОСТОЯНИЮ.
Доэвтектоидные, содержащие менее 0,8 %С,
эвтектоидные (0,8 % С), заэвтектоидные (более 0,8 % С) и ледебуритные, которые представляют собой высоколегированные сплавы, в структуре которых имеются первичные карбиды.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО РАВНОВЕСНОМУ СОСТОЯНИЮ.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ.
УГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ
Углеродистая сталь наряду с Fe и С содержит Mn (0,1—1,0%) и Si (до 0,4%), а также вредные примеси — S и Р.

УГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ
В зависимости от содержания С различают низкоуглеродистую (до 0,25% С), среднеуглеродистую (0,25—0,6% С) и высокоуглеродистую (более 0,6% С) С.

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ
В состав легированных сталей, помимо указанных компонентов, входят легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, Nb, Zr, Со и др.).

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ
По суммарному содержанию легирующих элементов различают низколегированные (менее 2,5%), среднелегированные (2,5—10%) и высоколегированные (более 10%) стали.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО СТЕПЕНИ РАСКИСЛЕННОСТИ
Раскисление металлов - процесс удаления из расплавленных металлов растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО СТЕПЕНИ РАСКИСЛЕННОСТИ
Раскисляющие добавки решают следующие задачи:
Снижают негативное влияние свободного кислорода на формирующуюся структуру слитка.
Поддерживают в течение длительного периода высокую температуру стали, что обеспечивает максимальное шлако- и газоудаление.
Способствуют получению металла мелкозернистой, однородной структуры, поскольку образующиеся силикаты и алюминаты повышают число центров кристаллизации. Это обуславливает измельчение зерен и улучшает качество и механические характеристики металла.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО СТЕПЕНИ РАСКИСЛЕННОСТИ
Кипящая сталь (раскисленная только марганцем) -
малораскисленная сталь, интенсивно выделяющая газы в во время застывания. Образующиеся газы: до 90% CO, углекислый газ, азот, водород, метан.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО СТЕПЕНИ РАСКИСЛЕННОСТИ
Спокойная сталь (раскисленные марганцем, кремнием и алюминием) - сталь, которая затвердевает после разливки практически без выделения газов.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО СТЕПЕНИ РАСКИСЛЕННОСТИ
Полуспокойная сталь
(раскисленная марганцем и кремнием).
По техническим характеристикам полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО КАЧЕСТВУ.
Обыкновенные
2. Качественные
3. Высококачественные
4. Особовысококачественные. Основным критерием качества является содержание в стали вредных примесей: серы и фосфора.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО НАЗНАЧЕНИЮ.
По назначению стали классифицируют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ СТАЛЬ
Разновидность стали с улучшенными электромагнитными свойствами. Электротехническая сталь представляет собой сплав железа с кремнием, содержание которого составляет 0.8 – 4.8%.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ СТАЛЬ
Легирование производится не чистым элементом кремнием, а ферросилицием. Это вещество представляет собой сплав FeSi с железом.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ СТАЛЬ
Исходя из содержания кремния электротехническую сталь разделяют на две категории:
динамная (0.8 – 2.5% Si),
трансформаторная (3.0 – 4.5% Si).

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ
Улучшенные электромагнитные характеристики возникают в результате уменьшения коэрцитивной силы и остаточной индукции при циклическом перемагничивании, что ведет к минимизации потери энергии на гистерезис.

ЧУГУН
Чугун – твердый раствор α-железа и углерода, содержание которого составляет 2,14 – 6,67%.
Последний элемент может входить в чугун в виде графита или цементита.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУНА. СЕРЫЙ ЧУГУН
Серый чугун – твердый раствор a-железа и углерода, который представлен в виде включений графита пластинчатой формы, и процентное содержание которого 2,14 – 6,67%.

СЕРЫЙ ЧУГУН
Свойства:
Обладает хорошими литейными свойствами;
Высокий коэффициент поглощения колебаний;
Высокие прочностные свойства
Хорошо обрабатывается режущим инструментом

БЕЛЫЙ ЧУГУН
Белый чугун – твердый раствор a-железа и углерода, который присутствует в связанном состоянии в виде карбида железа Fe3C (цементита)., и процентное содержание которого 2,14 – 6,67%.

БЕЛЫЙ ЧУГУН
Свойства:
Высокая износостойкость и твердость, поэтому , плохо обрабатывается резанием;
Хрупок;
Идет, в основном, в передел на сталь.

БЕЛЫЙ ЧУГУН
Белый чугун делится на
доэвтектический (2,14% до 4,3%углерода);
эвтектический (4,3 % углерода);
заэвтектический (4,3—6,67 % углерода)

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД

КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУНА. КОВКИЙ ЧУГУН
Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев.

КОВКИЙ ЧУГУН
Свойства:
Практически отсутствуют концентраторы напряжений;
Хлопьевидные графитные включения придают изделиям высокую прочность при достаточно хорошей пластичности ;
Поглощают вибраций при периодически повторяющихся нагрузках

КОВКИЙ ЧУГУН
Металлическая основа ковкого чугуна (как и серого, и высокопрочного) может быть перлитной, ферритной и ферритно-перлитной.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУНА. ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
Высокопрочный чугун - чугун, в котором графит имеет шаровидную форму. Его получают путем добавления магния в жидкий чугун в количестве 0,02-0,08%.

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
Шаровидный графит - менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый графит, и потому меньше снижает механические свойства металлической основы.

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
Свойства:
Высокие прочностные характеристики;
Подходит для литья;
Легко подвергается механической обработке.

ФЕРРОСПЛАВЫ
Ферросплавы - сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.), применяемые для раскисления и легирования стали.

АЛЬНИКО
Альнико - сплав железа (53 %), алюминия (10 %), никеля (19 %) и кобальта (18 %).
Сплав обладает высокой остаточной намагниченностью, применяется для изготовления постоянных магнитов.

ФЕХРАЛЬ
Фехраль - Cr (12 -27%), Al (3,5 -5,5%), Si (1%), Mn (0,7%); остальное - Fe.

ФЕХРАЛЬ
Устойчив к окислению на воздухе при высокой температуре. Представляет собой твёрдый, хрупкий сплав, с трудом поддающийся механической обработке, обладает высоким удельным электрическим сопротивлением 1,2-1,3 мкОм·м.

ФЕХРАЛЬ
Применяется для изготовления нагревательных элементов мощных электронагревательных устройств промышленных и технологических печей, тормозных резисторов электровозов.