З огляду на, що в сталь можуть бути додані легуючі елементи, сталлю називається вмістом не менш як 45% заліза сплав заліза з вуглецем і легуючими елементами (легована, високолегована сталь).
У давньоукраїнських письмових джерелах сталь іменувалася спеціальними термінами: "Оцел", "Харолуг" і "Уклад". У деяких слов'янських мовах і сьогодні сталь називається "Оцел", наприклад в чеському.
Сталь - найважливіший конструкційний матеріал для машинобудування, транспорту, будівництва і інших галузей народного господарства.
Стали з високими пружними властивостями знаходять широке застосування в машино- і приладобудуванні. У машинобудуванні їх використовують для виготовлення ресор, амортизаторів, силових пружин різного призначення, в приладобудуванні - для численних пружних елементів: мембран, пружин, пластин реле, сильфонів, розтяжок, підвісок.
Пружини, ресори машин і пружні елементи приладів характеризуються різноманіттям [джерело не вказано 122 дні] форм, розмірів, різними умовами роботи. Особливість їх роботи полягає в тому, що при великих статичних, циклічних або ударних навантаженнях в них не допускається залишкова деформація. У зв'язку з цим все пружинні сплави крім механічних властивостей, характерних для всіх конструкційних матеріалів (міцності, пластичності, в'язкості, витривалості), повинні володіти високим опором малим пластичних деформацій. В умовах короткочасного статичного навантаження опір малим пластичних деформацій характеризується межею пружності, при тривалому статичному або циклічному навантаженні - релаксаційної стійкістю
Стали діляться на конструкційні та інструментальні. Різновидом інструментальної є швидкоріжуча сталь.
За хімічним складом сталі поділяються на вуглецеві і леговані; в тому числі за змістом вуглецю - на низьковуглецеві (до 0,25% С), середньовуглецеві (0,3-0,55% С) і високовуглецеві (0,6-0,85% С); леговані стали за змістом легуючих елементів діляться на низьколеговані, середньолеговані і високолеговані.
Щільність - 7700-7900 кг / мі.
Питома вага - 75537-77499 н / мі (7700-7900 кгс / мі в системі МКГСС).
Питома теплоємність при 20 ° C - 462 Дж / (кг · ° C) (110 кал / (кг · ° C)).
Температура плавлення - 1450-1520 ° C.
Питома теплота плавлення - 84 кДж / кг (20 ккал / кг).
Коефіцієнт теплопровідності - 39 ккал / (м · год · ° C) (45,5 Вт / (м · К)). [Джерело не вказано 136 днів]
Коефіцієнт лінійного теплового розширення при температурі близько 20 ° C:
сталь Ст3 (марка 20) - (1 / град);
сталь нержавіюча - (1 / град).
Межа міцності стали при розтягуванні:
сталь для конструкцій - 38-42 (кг / ММІ);
сталь кремнехромомарганцовістая - 155 (кг / ММІ);
сталь машинобудівна (вуглецева) - 32-80 (кг / ММІ);
сталь рейкова - 70-80 (кг / ММІ);
У білому чавуні весь вуглець знаходиться у вигляді цементиту. Структура такого чавуну - перліт, ледебурит і цементит. Таку назву цей чавун отримав через світлого кольору зламу.
Сірий чавун - це сплав заліза, кремнію (від 1,2 3,5%) і вуглецю, що містить також постійні домішки Mn, P, S. У структурі таких чавунів більша частина або весь вуглець знаходиться у вигляді графіту пластинчастої форми. Злам такого чавуну через наявність графіту має сірий колір.
Ковкий чавун отримують тривалим відпалом білого чавуну, в результаті якого утворюється графіт пластівчасту форми. Металева основа такого чавуну: ферит і рідше перліт.
Високоміцний чавун має в своїй структурі кулястий графіт, який утворюється в процесі кристалізації. Кулястий графіт послаблює металеву основу не так сильно як пластинчастий, і не є концентратором напружень.
У половинчастому чавуні частина вуглецю (більше 0,8%) міститься у вигляді цементиту. Структурні складові такого чавуну - перліт, ледебурит і пластинчастий графіт.
Залежно від вмісту вуглецю сірий чавун називається доевтектичний (2,14-4,3% вуглецю), евтектичним (4,3%) або заевтектичних (4,3-6,67%). Склад сплаву впливає на структуру матеріалу.
Залежно від стану і змісту вуглецю в чавуні розрізняють: білі і сірі (за кольором зламу, який обумовлюється структурою вуглецю в чавуні у вигляді карбіду заліза або вільного графіту), високоміцні з кулястим графітом, ковкі чавуни, чавуни з вермікулярним графітом. У білому чавуні вуглець присутній у вигляді цементиту, в сірому - в основному у вигляді графіту.
У промисловості різновиди чавуну маркуються таким чином:
переробний чавун - П1, П2;
переробний чавун для виливків - ПЛ1, ПЛ2,
переробний фосфористий чавун - ПФ1, ПФ2, ПФ3,
переробний високоякісний чавун - ПВК1, ПВК2, ПВК3;
чавун з пластинчастим графітом - СЧ (цифри після букв "СЧ", позначають величину тимчасового опору розриву в кгс / мм);
антифрикційний сірий - АЧС,
антифрикційний високоміцний - АЧВ,
антифрикційний ковкий - АЧК;
чавун з кулястим графітом для виливків - ВЧ (цифри після букв "ВЧ" означають тимчасовий опір розриву в кгс / мм і відносне подовження (%);
чавун легований зі спеціальними властивостями - Ч.
домна - велика металургійна, вертикально розташована піч шахтного типу для виплавки чавуну, феросплавів з залізорудної сировини. Перші доменні печі з'явилися в Європі в середині XIV століття, вУкаіни - близько 1630 р
Доменна піч є спорудою висотою до 35 м, висота обмежується міцністю коксу, на якому тримається весь стовп шихтових матеріалів. Завантаження шихти здійснюється зверху, через типове завантажувальний пристрій, яке одночасно є і газовим затвором доменної печі. В домні відновлюють багату залізну руду (на сучасному етапі запаси багатої залізної руди збереглися лише в Австралії і Бразилії), агломерат або окатиші. Іноді в якості рудної сировини використовують брикети.
Доменна піч складається з п'яти конструктивних елементів: верхній циліндричної частини - колошника, необхідного для завантаження та ефективного розподілу шихти в печі; найбільшою за висотою розширюється конічної частини - шахти, в якій відбуваються процеси нагрівання матеріалів і відновлення заліза з оксидів; найширшої циліндричної частини - распара, в якому відбуваються процеси розм'якшення і плавлення відновленого заліза; звужується конічної частини - заплічок, де утворюється відновний газ - монооксид вуглецю; циліндричної частини - горна, службовця для накопичення рідких продуктів доменного процесу - чавуну і шлаку.
У верхній частині горна розташовуються фурми - отвори для подачі нагрітого до високої температури дуття - стисненого повітря, збагаченого киснем і вуглеводневим паливом.
Процеси, що протікають в печі
У верхній частині горна, де приплив кисню досить великий, кокс згоряє, утворюючи діоксид вуглецю і виділяючи велику кількість тепла.
Діоксид вуглецю, залишаючи зону, збагачену киснем, вступає в реакцію з коксом і утворює монооксид вуглецю - головний відновник доменного процесу.
Піднімаючись вгору монооксид вуглецю взаємодіє з оксидами заліза, відбираючи в них кисень і відновлюючи до металу:
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Отримане в результаті реакції залізо краплями стікає по розпеченому коксу вниз, насичуючись вуглецем, в результаті чого виходить сплав, який містить 2,14 - 6,67% вуглецю. Такий сплав називається чавуном. Крім вуглецю в нього входять невелика частка кремнію і марганцю. В кількості десятих часток відсотка до складу чавуну входять також шкідливі домішки - сірка і фосфор. Крім чавуну в горні утворюється і накопичується шлак, в якому збираються всі шкідливі домішки.
Раніше, шлак випускався через окрему шлакову льотку. В даний час і чавун, і шлак випускають через чавунну летку одночасно. Поділ чавуну і шлаку відбувається вже поза доменної печі - в жолобі, за допомогою розділової плити. Відокремлений від шлаку чавун зливається в чугуновозні ковші і вивозиться в сталеплавильний цех.
4.Вліяніе хімічних елементів на властивості стали і чавуну
Зі збільшенням вмісту вуглецю (ріс.1.30) підвищуються твердість і міцність, знижується пластичність, поліпшується обробка різанням, підвищується закаливаемость, але погіршується зварюваність сталі. Твердість і міцність тим вище, чим вище дисперсність (більш дрібні кристали) фериту і цементиту.
Шкідливими домішками для стали є S, P, O, H, N. Сірка S погіршує пластичність і в'язкість; сталь стає крихкою при високих температурах (красноломкость), тому сірки повинно бути в сталях мене 0,03%. При наявності сірки в металі по краях зерен створюється евтектика FeS, яка при температурах вище 985 'З плавиться, тому по межах зерен утворюються тріщини і метал руйнується.
Наявність фосфору Р в стали призводить до хладноломкости (виникають тріщини вже при кімнатній температурі і, особливо, інтенсивно при негативних температурах), погіршується пластичність і в'язкість сплаву. У високоякісних сталях повинно бути фосфору менше 0,03%.
Марганець Mn розкислює сталь і нейтралізує шкідливий вплив сірки S. підвищує міцність і зносостійкість стали. Кремній Si підвищує пружність і міцність стали, збільшує межа плинності, що знижує можливості холодного штампування і висадки металу.
Мікроструктура чавунів (табл. 14) залежить від швидкості охолодження металу. при швидкому охолодженні буде білий чавун (вуглець знаходиться в хімічно зв'язаному стані у вигляді цементиту і ледебуріта), а при повільному охолодженні буде сірий чавун (вуглець знаходиться у вигляді графіту).
Кремній Si сприяє графітизації чавуну, і покращує його ливарні властивості. У сірих чавунах міститься 0,8 ... 4,5% Si.
Сірка S ускладнює графітизацію, збільшує крихкість і погіршує вологотекучість чавуну, тому сірки в чавунах має бути не більше 0,1%.
Сірі чавуни діляться на модифіковані, високоміцні і ковкі (табл. 1.4.).
У сірих чавунах графіт має пластинчасту форму, в високопрочних- кулясту, а в ковкіх- пластівчасту Приклади позначення чавунів: СЧ25 ГОСТ 1412-85, ВЧ 50 ГОСТ 7293-85.