Черные металлы и их сплавы

Общие сведения о металлах, сплавах металлов

Металлами являются вещества, характеризующиеся в обычных условиях высокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, «металлическим» блеском.

Свойства металлов объясняются особенностями их строения:

— расположением и характером движения электронов в атомах;

— расположением атомов, ионов и молекул в пространстве;

— размерами, формой и характером кристаллических образований.

Три четверти всех известных химических элементов составляют металлы. Однако чистые металлы в машиностроении почти не применяют, а используют их сплавы.

Металлические сплавы — это макроскопически однородные системы, состоящие из двух или более металлов с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называются любые однородные системы, получаемые сплавлением металлов, неметаллов, оксидов, органических веществ.

Структура и свойства чистых металлов существенно отличаются от структуры и свойств сплавов состоящих из двух и более металлов.

В технике металлы принято делить на черные (железо и сплавы на его основе) и цветные (все остальные).

 

Черные металлы и их сплавы

Наибольшее распространение в применении получили черные металлы и сплавы, основной группой которых является чугуны и стали.

Чугун – железоуглеродистый сплав с содержанием углерода более 2%. Основное назначение чугуна заключается в использовании его как исходного материала для выплавки стали. Углерод оказывает существенное влияние на качество сплава: повышенное содержание углерода придает сплаву твердость с точки зрения механических характеристик, в месте с тем при этом повышается хрупкость материала.

Чугун подразделяют на:

1. Белый чугун – чугун с большим содержанием углерода, твердый и поэтому редко используется в качестве конструкционного материала. В основном белый чугун используется как цементит – сырье для производства стали или дешевых фундаментальных изделий.

2. Серый чугун в отличие от белого может обрабатываться механически, однако его твердость и хрупкость не позволяет выполнять обработку деформацией. Из серого чугуна не изготавливаются штамповки, обычно берется литая заготовка, которая в последующем обрабатывается. Используется серый чугун для изготовления дешевых корпусных деталей, труб и арматуры.

3. Ковкий чугун обладает большей пластичностью, т.е. может обрабатываться пластической деформацией.

Сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержание углерода в котором не превышает 2,14 %, но не меньше 0,02 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Сталь — важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей народного хозяйства.

Классификация сталей

1. Стали по назначению делятся на:

- Конструкционные. Стали, из которых изготовляют детали, узлы машин, механизмы, строительные конструкции, газо- и нефтепроводы, оружие и военную технику, обрабатывающие станки, экскаваторы, морские суда, бытовую технику и многое другое;

- Обладают высокой прочностью, вязкостью, чтобы сопротивлять­ся динамическим и ударным воздействиям

- Инструментальные.

	Зубила, гладильный кузнечный инструмент, штампы, клейма, кувалды, кузнечные и слесарные молотки, плотничный инструмент
	Ножи и вилы по металлу, пробойники, пуансоны, клейма, штампы, инструмент для обтески камня
	Дыропробойные штемпеля, кернеры, деревообрабатывающий инструмент
	Резцы, сверла, метчики, развертки, плашки, ножовочные полотна, зубила для насечки напильников
	Резцы по металлу, фрезы, шаберы, развертки
	Резцы по твердому металлу, бритвы, шаберы, сверла

 

2. По химическому составу стали делятся на:

- углеродистые;

· малоуглеродистые (до 0,25 % С). Низкоуглеродистые стали удовлетворительно сопротивляются коррозии, имеют повышенную прочность и твердость, но более низкую способность к пластическому деформированию. Эти стали самые дешевые и наименее дефицитные. Применяются без термической обработки для изготовления малонагруженных деталей – шайб, прокладок и т.п.;

· среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С). Стали из этой группы находят широкое применение для некоторых типов деталей, получаемых путем холодной пластической деформации, могут подвергаться ковке. Эти стали нашли свое применение при изготовлении крепежных изделий (болтов, в первую очередь), железнодорожных рельсов, вагонных колес и осей, бандажей для локомотивов;

· высокоуглеродистые (0,6—0,85 % С). Эти стали более дорогие в производстве, имеют низкую пластичность и, следовательно, с большим трудом подвергаются горячей обработке, а также плохо свариваются. Высокоуглеродистые стали находят применение в производстве пружин, при изготовлении различных режущих инструментов, включая элементы землеройных машин и машин для обработки сельскохозяйственных земель, а также высокопрочной проволоки, для прокатных валков, шпинделей станков – везде, где требуется более высокая износостойкость и более высокая прочность, чем могут обеспечить стали с более низким содержанием углерода.

- легированные;

· низколегированные. Для многих низколегированных сталей главная функция легирующих элементов заключается в увеличении прокаливаемости стали, чтобы оптимизировать затем прочностные и вязкие свойства средствами термической обработки.Из этих сталей изготавливают плиты, листы, прутки, профили и кованые изделия, шарикоподшипники, оборудование нефтегазовой и химической промышленности, оборудование обычных и атомных электростанций для изготовления труб, теплообменников и сосудов высокого давления;

· среднелегированные. Характеризуются высоким пределом прочности и текучести в сочетании с достаточными пластическими свойствами, относительно высокой жаропрочностью. Из этих сталей изготавливаютвалы, детали турбин и крепеж, работающие при повышенной температуре, мелкие детали высокой прочности;

· высоколегированные. Различают несколько видов высоколегированных сталей и их сплавов, каждый из которых подходят только для определенных условий эксплуатации. По свойствам различают два основных вида сталей – коррозионностойкие и жаропрочные, жаростойкие. В зависимости от того какого легирующего компонента больше, различают следующие виды сталей: хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые. Их широко применяют в разных сферах человеческой деятельности. Наибольший спрос в нефтяной промышленности, энергетическом машиностроении, для химической индустрии, а также для изготовления специальных конструкций, которые работают в условиях агрессивной среды

3. Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству:

- обыкновенного качества;

- качественные;

- высококачественные;

- особо высококачественные.