Температуру отпуска можно контролировать по цветам побежалости (см. рис. 58, б). Цвета побежалости — это радужная окраска, которая возникает на гладкой поверхности нагретой стали. К примеру, если при нагреве заготовка приобрела темно-синий оттенок, это свидетельствует о том, что она нагрета до температуры около 300 °C.
Чем углеродистая сталь отличается от легированной технологии 7 класс
Сталелитейная отрасль занимает одно из ведущих мест в мировой промышленности. Производство стали осуществляется в основном путём комбинирования железа с различными металлическими и неметаллическими элементами.
Сталелитейная промышленность представляет собой одну из крупнейших и важнейших отраслей производства на глобальном уровне. Изготовление стали в основном осуществляется путем сочетания железа с различными металлическими либо неметаллическими компонентами. Основной задачей создания стали является достижение различных эксплуатационных характеристик через добавление других элементов к железу. Существуют два основных типа стали: легированная и углеродистая, которые отличаются своим химическим составом. Главное отличие между этими двумя видами заключается в том, что легированная сталь содержит значительное количество других элементов помимо железа, а углеродистая сталь имеет незначительные доли дополнительных элементов, кроме железа и углерода.
Ключевые области применения
1. Легированная сталь: определение, характеристики и сферы применения
2. Углеродистая сталь: определение, характеристики и области применения
3. Основные различия между легированной и углеродистой сталью
— Сравнение ключевых характеристик
Ключевые термины: легированная сталь, углерод, углеродистая сталь, железо, сталь
Легированная сталь
Легированная сталь представляет собой металлические сплавы, состоящие из железа, углерода и обширного набора других компонентов. К числу этих элементов чаще всего относят марганец, кремний, никель, титан, медь и хром. Эти добавки называют легирующими элементами, так как они интегрируются в состав стали с целью ее улучшения. Основной задачей внедрения таких элементов является повышение эксплуатационных характеристик стали.
Легированную сталь можно классифицировать на две основные категории. Низколегированные стали содержат минимальное количество легирующих компонентов, в то время как высоколегированные steels включают в себя значительное количество таких элементов. Обычно легирующие материалы добавляются для повышения твердости, прочности и долговечности стали. Кроме того, легированная сталь демонстрирует хорошую устойчивость к коррозии благодаря наличию таких элементов, как хром, в своем составе.
Например, нержавеющая сталь представляет собой легированную сталь. Этот сплав содержит приблизительно 10% хрома наряду с железом и углеродом в составе элементов. Благодаря своей устойчивости к коррозии, нержавеющая сталь широко используется для производства кухонной утвари.
Рисунок 1: Обратный клапан из нержавеющей стали (легированная сталь).
● Инструментальные — предназначены для изготовления инструмента, который не подвергается нагреву: зубила, молотки, топоры. Эти стали считаются качественными и обозначаются буквой У в начале маркировки, а высшее качество дополнительно отмечается знаком А в конце.
Чем различаются углеродистые стали и легированные стали
Конструкционная сталь представляет собой легированную или углеродистую сталь, используемую для производства различных деталей, механизмов и конструкций в области машиностроения и строительства. Она обладает специфическими механическими, физическими и химическими характеристиками. Например, сталь ШХ15 является специализированным материалом, применяемым для изготовления подшипников.
Металлические изделия различаются по форме, размерам и допустимым отклонениям, соответствуя следующим стандартам:
- круглый прокат (круг сталь 40х) — ГОСТ 2590-88, ГОСТ 7417;
- квадратный прокат — ГОСТ 2591-88, ГОСТ 8559;
- шестигранный прокат — ГОСТ 2879-88, ГОСТ 8560;
- ковка в виде квадратных и круглых прутков — ГОСТ 1113-88;
- полосы — ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405;
- профили для косых шайб — ГОСТ 5157;
- с особой отделкой поверхности — ГОСТ 14955.
В современном мире трудно найти отрасль, где не использовались бы сплавы с выдающимися характеристиками. Конструкционные и инструментальные стали применяются для производства большинства инструментов, включая фрезы, резцы, штампы и многие другие изделия. Нержавеющие легированные стали также находят свое применение в производстве бытовых товаров, таких как посуда и корпуса домашних электроприборов.
Кроме того, легированная сталь обладает множеством других достоинств, что обуславливает ее широкий спектр использования. Она увеличивает срок службы разнообразных изделий, обеспечивает их высокую надежность и даже способствует экономии. Дело в том, что чем дольше предмет используется, тем реже возникает необходимость в его замене на новый.
Кстати, изделия или их компоненты из легированного материала можно встретить не только в строительной отрасли или машиностроении, но также у хирургов, например, в виде скальпеля, а также на производстве трубопроводов. Если изготовить нож из такого материала, то чаще всего его не придется часто точить.
Изделия из легированной стали
Сфера применения легированных сталей напрямую зависит от метода термообработки, которому они подвергались. Ранее проводилась классификация данного материала по назначению согласно ГОСТ: инструментальные, конструкционные стали и стали с особыми свойствами.
Низколегированные стали обладают хорошими сварочными свойствами, поэтому из них чаще производят трубы и другие конструкции. Легированная инструментальная сталь прекрасно подходит в качестве сырья для изделий, которые будут эксплуатироваться под высоким давлением.
Согласно стандарту ГОСТ 5950-2000, легированная сталь представляет собой материал, используемый для изготовления медицинских инструментов, ножей, ленточных пил и прочих изделий. В данном стандарте охвачены все виды ее обозначений, а также области применения.
Нержавеющая сталь с высоким содержанием хрома используется для производства трубных изделий. Трубы из такого материала выделяются своей высокой стойкостью к коррозии, а также отличной устойчивостью к температурным перепадам, особенно в условиях высоких температур.
С увеличением содержания углерода в стали ее свариваемость снижается. Поэтому стали марки Ст5 и Ст6, обладающие высоким содержанием углерода, применяют для изготовления элементов строительных конструкций, которые не подвергаются сварке.
В чем различия между углеродистыми и легированными сталями?
Сталь представляет собой сплавы, основанные на железе и углероде, дополненные другими элементами. В процессе переработки железной руды получается чугун, содержащий от 2,14% до 6,67% углерода. Этот компонент отвечает за жесткость материала, однако сам металл является хрупким и не обладает пластичностью. Снижение содержания углерода меняет структуру стали, что делает ее более ковкой и увеличивает ударную вязкость.
Углеродистая сталь состоит из тех же веществ, что и исходное сырье: железа, углерода, кремния, марганца, а также нежелательных примесей: серы и фосфора. Легированными сплавами (от слова «ligare» — связывать) называют те, которые улучшены введением других металлов, таких как хром, никель, медь и молибден.
Разница в химическом составе определяет свойства материалов.
Легированные стали отличаются высокой коррозионной стойкостью.
В зависимости от свойств, связанных с железом, такие материалы могут функционировать в условиях морской воды, кислых средах и даже при высоких температурах. Однако они неэффективно справляются с ударными нагрузками и имеют ограниченную несущую способность. Процесс производства сплавов и готовых изделий требует использования множества сложных технологий.
Углеродные стали, не защищенные антикоррозийными средствами, подвержены быстрому разрушению.
Сферы их использования охватывают все металлозависимые отрасли. Экономическая оправданность значительного потребления сырья непосредственно связана с простотой его обработки.
Совместное легирование хромом (0.9-1.2%) и марганцем (0.9-1.2%) позволяет создавать стали с высокой прочностью и хорошей прокаливаемостью (40ХГНМ). Однако, такие хромомарганцевые стали обладают пониженной вязкостью, увеличенным порогом хладноломкости (от 20 до -60°C), а также имеют склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.
Различия между легированной и углеродистой сталью
Сталелитейная отрасль занимает одно из ведущих мест в глобальной промышленности. Производство стали в основном осуществляется путем комбинирования железа с различными металлическими или неметаллическими компонентами. Основная цель создания стали заключается в получении особенностей, достигаемых за счет смеси железа с другими веществами. Легированная сталь и углеродистая сталь представляют собой два основных типа стали, которые имеют отличия в своем химическом составе. Главной разницей между легированной и углеродистой сталью является то, что легированная сталь содержит значительное количество других элементов помимо железа и углерода, в то время как углеродистая сталь включает лишь незначительные количества дополнительных компонентов, кроме железа и углерода.
Ключевые области покрытия
1. Что представляет собой легированная сталь
— Определение, характеристики, области применения
2. Что собой является углеродистая сталь
— Определение, характеристики, области применения
3. Чем отличается легированная сталь от углеродистой стали
— Сравнение основных различий
Ключевые термины: легированная сталь, углерод, углеродистая сталь, железо, сталь
Что представляет собой легированная сталь
Легированная сталь является сплавом, в который добавлены различные элементы, обеспечивающие улучшенные механические свойства и повышенную стойкость к коррозии по сравнению с углеродистой сталью. Чаще всего легирующими элементами выступают хром, никель, ванадий и молибден.
Что собой является углеродистая сталь
Углеродистая сталь, в отличие от легированной, содержит только железо и углерод, что определяет ее основные характеристики. Этот вид стали широко используется благодаря своей доступности и хорошей обработке при варке.
Чем отличается легированная сталь от углеродистой стали
Основное отличие легированной стали от углеродистой заключается в том, что первая имеет в своем составе дополнительные легирующие элементы, которые значительно улучшают ее свойства. Например, легированная сталь обладает большей прочностью, твердостью и устойчивостью к воздействию высоких температур, а также атмосферных условий.
Легированная сталь представляет собой металлические сплавы, состоящие из железа, углерода и различных других компонентов. К числу этих компонентов обычно относятся марганец, кремний, никель, титан, медь и хром. Эти добавленные вещества известны как легирующие элементы, поскольку они объединены для создания сплава. Основной задачей введения данных элементов является улучшение определённых характеристик стали. Легированную сталь можно классифицировать на две группы.
Низколегированные стали содержат минимальные количества легирующих элементов, в то время как высоколегированные стали имеют более значительное их содержание. Как правило, для повышения твердости и долговечности стали применяются легирующие компоненты. Кроме того, легированная сталь обладает высокой стойкостью к коррозии благодаря наличию значительного количества таких элементов, как хром.
К примеру, нержавеющая сталь представляет собой сплав с добавками. Она включает примерно 10% хрома, наряду с железом и углеродом в сочетании элементов. Из-за своей способности противостоять коррозии, нержавеющая сталь широко применяется для производства кухонной утвари.
Рисунок 1: Обратный клапан из нержавеющей стали (легированная сталь).
Инструментальная углеродистая сталь демонстрирует значительно большую прочность и твердость в сравнении с конструкционной. Она используется для производства таких инструментов, как молотки, зубила, ножницы по металлу, ножовочные полотна, напильники и других изделий. Обозначение такой стали включает марки, такие как У10, У11, У12 и так далее, где цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента.
При добавлении определенных веществ в состав стальных сплавов можно достичь желаемых характеристик, этот процесс называется легированием. Например:
- Хром — способствует увеличению твердости, прочности и устойчивости к коррозии, однако снижает пластичность.
- Никель — улучшает пластичность и коррозионную стойкость, хотя может уменьшать твердость; часто применяется в сочетании с марганцем.
- Вольфрам и молибден – увеличивают твердость, повышают жаропрочность и уменьшают хрупкость в процессе отпускания.
- Марганец – способствует улучшению стойкости к ударным нагрузкам и твердости, при этом не снижая пластичность материала.
- Алюминий – усиливает жаростойкость, защищает от образования окалины и повышает коррозионную устойчивость.
- Кремний – делает металл более прочным, сохраняя его вязкость. Кроме того, он улучшает электросопротивление, упругость и устойчивость к кислотам. По сравнению с другими легирующими элементами, кремний является более экономичным вариантом.
Легированные стали обладают особыми качествами и находят применение в производстве изделий, где их невозможно заменить другими материалами. Они классифицируются по различным критериям — назначению, структуре, процентному содержанию легирующих элементов и химическому составу.
Сферы применения
Каждая сталь состоит из железа, углерода и примесей, но каждая марка разрабатывается для выполнения определённых, иногда узкоспециальных задач. Свойства материалов специфичны, поэтому выбор марки следует осуществлять с высокой ответственностью. Важно учитывать, что:
- Добавление легирующих компонентов расширяет диапазон возможных применений металла, однако значительно увеличивает его стоимость. Поэтому при выборе марки учитываются не только улучшенные характеристики стали, но и экономическая целесообразность, затраты на добычу, а также доступность легирующих элементов.
- Свариваемость сталей с низким содержанием углерода высокая, тогда как для легированных и высокоуглеродистых сталей эта операция требует значительных усилий и определённых навыков от исполнителя.
- Инструментальная углеродистая сталь имеет значительный недостаток – при нагреве она теряет свою твердость и способность к резанию. Поэтому, в ситуациях, когда режущий инструмент подвергается нагреву, предпочтение стоит отдавать легированным сталям. Многие легированные стали обладают выдающимися характеристиками, среди них можно выделить марки: магнитные, магнитотвёрдые, с повышенным электросопротивлением, жаропрочные, нержавеющие и окалиностойкие. Эти материалы незаменимы в авиационной, химической и военной отраслях.
Одной из наиболее распространённых сталей является низкоуглеродистая сталь обычного качества, обозначаемая как Ст. Она применяется в строительных работах, в машиностроении и на производственных мощностях. Из неё изготавливают:
- Крепёжные элементы (Ст1)
- Листовое железо (Ст3, Ст2)
- Рельсы, кулачки (Ст6)
- Валы, оси, клинья (Ст5)
- Зубчатые колеса, фланцы (Ст3)
- Проволока (Ст2)
В общем, углеродные стали по многим характеристикам уступают легированным, однако они достаточно надежны, качественны и экономичны, что делает их популярными. При выборе марки материала важно ознакомиться с информационными источниками, изучить преимущества и недостатки конкретной марки, а также учесть много других факторов, включая условия эксплуатации, необходимые: жёсткость, ковкость, пластичность, стоимость и доступность. Невозможно выбрать одну сталь и объявить её идеальной — каждая из них имеет свои преимущества в зависимости от конкретных условий использования.
Использование легированных сплавов в процессе изготовления металлических деталей и конструкций способствует приданию им необходимых физических свойств. При работе с такими металлами обозначение легирующих элементов в стали играет ключевую роль в выборе заготовки с нужными характеристиками, из которой затем создается конструкция.
К основным методам обработки углеродистых сталей относятся: отжиг, закалка, нормализация, старение и отпуск.
- Углеродистые стали стандартного качества. Сплавы группы А предназначены для изделий, которые не подлежат дополнительной обработке. Группа Б включает материалы, используемые для штамповки, ковки, а также иногда для термической обработки. Группа В состоит из сплавов, которые можно обрабатывать с помощью сварки.
- Качественная углеродистая сталь. Этот материал может подвергаться химико-термической обработке, нормализации, холодной механической обработке, высадке, штамповке и воздействию под давлением. Характеристики технологического процесса зависят от конкретной марки.
Одним из основных достоинств этого железного сплава является его доступная стоимость. Именно этот аспект обуславливает широкое использование материала.
Легирование хромированной стали ванадием (0.1-0.2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХФ). Кроме того, хромованадиевые стали менее подвержены перегреву. Применяются преимущественно для производства сравнительно небольших деталей.
Белые чугуны: получение, свойства, применение
Процесс получения белого чугуна зависит от содержания в его составе карбидообразующих веществ и скорости охлаждения. Элементы, такие как марганец, хром, ванадий, вольфрам, молибден и другие, способствуют образованию белого чугуна. Быстрое охлаждение также играет ключевую роль в этом процессе.
Белый чугун характеризуется высокой твердостью (HB = 4500 – 5500 МПа), он обладает хрупкостью и практически не поддается обработке резанием. По этой причине применение белого чугуна в качестве конструкционного материала существенно ограничено.
Как конструкционный материал белый чугун не используется. Его применяют преимущественно для дальнейшей переработки в сталь, из-за чего его иногда называют передельным чугуном.
Свойства низкоуглеродистой стали
Свойства низкоуглеродистой стали характеризуются невысокой прочностью. Однако пластичность и вязкость у этой стали, наоборот, имеют высокие показатели. Некоторые марки низкоуглеродистой стали предназначены для производства цементуемых изделий, которые требуют дополнительной цементации для достижения нужной твердости и повышения износостойкости посредством последующей обработки. Изделия из данной стали обладают хорошими характеристиками свариваемости и кузнечными свойствами.
Характеристики низколегированной стали ограничивают возможность выполнения некоторых видов работ с этим материалом. Однако, применение процессов нормализации и холодного волочения позволяет существенно улучшить обработку поверхности. Благодаря высокой пластичности (5 = 33…23%), низкокачественные углеродистые стали можно эффективно подвергать холодной деформации, при этом механические свойства остаются неизменными, поскольку местное перенапряжение равномерно распределяется и образование трещин предотвращается. Такая сталь обладает низкой способностью к закаливанию, но демонстрирует хорошие сварочные качества.
Недостатки низкоуглеродистых сталей заключаются в следующих моментах:
- низкая прочность: Те = 330…460 МПа, Сто,2 = 200…280 МПа;
- ограниченная ударная вязкость;
- материалы, чувствительные к механическому старению: при многократных нагрузках они испытывают концентрацию напряжения. Поэтому изделия из этих сплавов не используются в условиях повторных нагружений.
Виды низкоуглеродистой стали и их ключевые области применения
Низкоуглеродистая сталь различается по составу и имеет определенные назначения в промышленной сфере. К этому типу стали относят марки 05 кп, 08, 10 и 10 пс, которые активно применяются для производства шайб, прокладок и других деталей с низкими механическими нагрузками. В зависимости от конкретной марки низкоуглеродистой стали, данные сплавы находят применение в различных отраслях. Например, они демонстрируют высокую устойчивость против статической усталости, вызванной воздействием водорода:
Используются следующие марки низкоуглеродистой стали, подходящие для цементации:
Для производства зубчатых колес, которые затем подвергаются цементации, применяются:
- ЭП620;
- ЭП355;
- Марка 03, которая используется в качестве шихтовой заготовки и выпускается в виде прутков различных размеров. Данная шихтовая добавка находит применение в процессе плавки специальных сплавов для изготовления различных деталей и специализированного проката.
Для создания сварных конструкций используются следующие марки низкоуглеродистой стали:
