Сравнительные показатели чугунов и сталей

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 38Следующая ⇒

· - чаще всего.

Основа у чугуна и стали одна — железо. Главное отличие заключается в том, что чугун имеет повышенное содержание углерода (свыше 2 % в чугунах и до 2 % в сталях). Граница между этими сплавами проходит по содержанию углерода (2 %) в сплаве Fe - С. Во многих чугунах значительно больше, чем в сталях марганца, серы, фосфора и кремния.

Стали чаще всего более твердые, прочные и износостойкие. Чугуны же более хрупкие, но обладают хорошими литейными свойствами. Сталь является производной от чугуна, т.к. ее производство в основном двух стадийное: из железных руд сначала получают чугун, далее из чугуна и стального лома получают сталь.

Современное производство чугуна и сталей выполняется по схеме, представленной на рис. 3.4. Чугун выплавляется в домнах. Это сложное инженерное сооружение, работающее непрерывно в течение 5..10 лет. Печь работает по принципу противотока. Сверху загружается руда, флюсы и кокс, а снизу подается воздух. Кокс служит для нагревания и расплавления руды, а также участвует в восстановлении железа из окислов руды. В коксе должно быть минимум серы и фосфора. Флюсы (известняки, кремнеземы и др.) необходимы для получения шлаков. При сгорании топлива образуется окись углерода, которая и является главным восстановителем железа. Восстановление железа происходит от высших окислов к низшим и, в конечном итоге, к металлу Fe

Fe₂ O₃ ® Fe₃ O₄ ® Fe O ® Fe

окисью углерода СО и твердым углеродом С. Восстановление марганца, кремния и других элементов выполняется также коксом.

Чтобы получить сталь из чугуна надо уменьшить в нем количество углерода, марганца, серы и фосфора. Сталь получают в кислородных конверторах, мартеновских печах и электропечах.

Конвертор (рис. 3.5) —это сосуд грушевидной формы, футерованный внутри огнеупорным кирпичом и подвешенный на двух кронштейнах.

Жидкий чугун (1250…1400 °С), полученный в домне, с помощью ковша заливают в конвертор. Для получения шлака добавляют в конвертор железную руду и известь, боксит и плавиковый шпат. В конвертор снизу подается воздух, или сверху – кислород. Процесс получения стали проходит быстро (12…15 мин).

Мартеновское производство менее производительное, чем конверторное, но лучше регулируется процесс, используются чугунные чушки и металлолом. Мартен это регенеративная пламенная печь. Газ сгорает над плавильным пространством, где создается температура до 1750… 1800 °С.

Сталь высокого качества выплавляют в дуговых и индукционных электропечах. Процесс примерно такой же, как и в мартеновской печи, но температура выше, поэтому можно получать в электропечах тугоплавкую сталь, содержащую хром, вольфрам и др.

 При выплавке электростали происходят два последовательных периода: 1 - окислительный (выгорают Si, Mn, C, Fe) за счет кислорода, воздуха и оксидов шихты; 2 - восстановительный — раскисление стали, удаление серы. Для этого в печь вводят флюс, состоящий из извести и плавикового шпата.

Индукционная плавка  применяется обычно для переплавки сталей и получения высоколегированных и специальных сталей в условиях вакуума или специальной регулируемой атмосферы.

С увеличением содержания углерода (рис.3.6) повышаются твердость и прочность, снижается пластичность, улучшается обработка резанием, повышается закаливаемость, но ухудшается свариваемость стали. Твердость и прочность тем выше, чем выше дисперсность (мелкозернистость) 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 0,05%. 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), ухудшаются 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. 3.4) 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 3.4

Марки и механические характеристики чугунов

Серые чугуны делятся на модифицированные, высокопрочные и ковкие (табл. 3.4.). 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.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности