2. Порівняння властивостей чавуну і сталі
2.1 Фізико-хімічні властивості матеріалів
2.2 Механічні властивості матеріалів
2.3 Специфічні властивості
Чорна металургія - основа розвитку більшості галузей народного господарства. Незважаючи на бурхливе зростання продукції хімічної промисловості, кольорової металургії, промисловості будматеріалів, чорні метали залишаються головним конструкційним матеріалом в машинобудуванні і будівництві.
Сучасна чорна металургія має високий технічний потенціал. Значного прогресу досягнуто в технології виробництва в окремих підгалузях і переділах чорної металургії. Так, видобуток залізної руди в основному ведеться прогресивним відкритим способом; в коксовому виробництві впроваджені бездимна завантаження шихти і сухе гасіння коксу; в доменному виробництві в печах з підвищеним тиском газу під колошником виплавляється 97%, а з вдуванням природного газу - 84% всього чавуну; в сталеплавильному виробництві зростає виплавка сталі в кисневих конвертерах і електропечах, впроваджені позапічна обробка стали під вакуумом, синтетичними шлаками, інертними газами, Переплавну процеси; збільшується частка безперервного розливання сталі; в прокатному виробництві ефективно застосовуються термічна обробка металопродукції, засоби неруйнівного автоматичного контролю; в трубному - удосконалюється технологія виробництва зварних труб великого діаметру, безшовних труб; в кордовому виробництві впроваджуються автоматизоване потокові лінії. Здійснюється розробка промислових способів прямого одержання заліза. Ведуться роботи по створенню автоматизованої системи управління чорної металургії.
Мета даної роботи - порівняти за властивостями два продукти чорної металургії: чавун і сталь, настільки важливі для людства.
1. Вивчити характеристику матеріалів.
2. Розібрати і порівняти фізико-хімічні, механічні та специфічні властивості чавуну і сталі.
3. Зробити висновок.
При написанні даної роботи використовувалася навчальна і методична література.
Чавун (тюрк.), Сплав заліза з вуглецем (зазвичай більше 2%) містить також постійні домішки (Si, Mn, Р і S). Широко застосовуються марки чавунів зазвичай містять 2,5-4% вуглецю, 1-5% кремнію, до 2% марганцю, а також домішки фосфору і сірки. До складу спеціальних чавунів входять легуючі добавки: ванадій, молібден, нікель, титан, хром і ін. Температура плавлення чавунів залежить від їх хімічного складу і приблизно становить 1200-1250оС.
Види: білий, сірий, ковкий, високоміцний, половинчастий чавуни.
Структура чавуну залежить від швидкості охолодження і вмісту в ньому вуглецю і легуючих домішок. За структурою чавуни поділяють на білі і сірі.
Білий чавун отримав свою назву від виду зламу, який має білий або світло-сірий колір. Вуглець в ньому знаходиться в хімічно зв'язаному стані у вигляді цементиту Fe3C. Цементіт крихкий і має високу твердість, тому білий чавун не піддається механічній обробці, для виготовлення виробів застосовується рідко і зварюванні не підлягає.
З білого чавуну шляхом спеціальної термічної обробки (тривала витримка при температурі 1000оС) отримують ковкий чавун. За механічними властивостями він пластичнее білого чавуну. Назва "ковкий" це умовна назва, чавуни не використовують у вигляді поковок, вони практично не куються.
Високоміцні чавуни отримують додаванням в сплав деяких легуючих елементів (магнію, церію та ін.). Сірий чавун містить в своєму складі майже весь вуглець у вигляді графіту, тому злам його має сріблясто-сірий колір. Сірий чавун добре обробляється ріжучим інструментом, тому він широко застосовується як конструкційний матеріал. Сірий чавун дешевше стали, відрізняється хорошими ливарними властивостями, високу зносостійкість, здатність гасити вібрації, хорошою оброблюваністю. Негативними його властивостями є знижена міцність і висока крихкість.
Історична довідка. Перші відомості про чавуні відносяться до 6 ст. до нашої ери. У Китаї з високофосфористих залізних руд отримували чавун, що містить до 7% Р, з низькою температурою плавлення, з якого відливали різні вироби. Чавун був відомий і античним металургам 4-5 вв. до нашої ери. Виробництво чавуну в Західній Європі почалося в 14 ст. з появою перших доменних печей (штюкофенов) для виплавки чавуну з руд. Отриманий чавун використовували або для переділу в сталь в крічном горні, або для виготовлення різних будівельних деталей і зброї (гармати, ядра, колони та ін.). ВУкаіни виробництво чавуну почалося в 16 ст .; в подальшому воно безперервно розширювалася, і за Петра I Україна з випуску чавуну перевершила всі країни, але через століття відстала від західно-європейських країн. Поява у 2-й пол.18 ст. вагранок дозволило ливарним цехам відокремитися від доменних, тобто поклало початок незалежного існування чавуноливарного виробництва (при машинобудівних заводах). На початку 19 ст. виникає виробництво ковкого чавуну. У 2-й чверті 20 ст. починають застосовувати легування чавуну, що дало можливість суттєво підвищити його властивості та отримувати спеціальний чавун (зносостійкі, корозійностійкі, жаростійкі і т.д.). До цього ж періоду відноситься також розробка способів модифікування чавуну. В кінці 40-х рр. був отриманий модифікований чавун з включеннями графіту кулястої форми замість звичайної пластинчастої. У 60-х рр. в електричних печах почали отримувати із сталевих відходів з додаванням карбюризаторів т. н. синтетичний чавун з високими механічними властивостями при пластинчастої формі графіту.
Маркування. Чавун маркують по буквено-цифровий системі: перші літери (С, К і В) позначають сірий, ковкий і високоміцний чавун відповідно; друга буква (Ч) позначає чавун. У сірому чавуні дві цифри вказують на тимчасове опір. Наприклад, в марці СЧ10 літери СЧ позначають сірий чавун, 10 - тимчасовий опір. У позначеннях ковкого і високоміцного чавунів після буквеної маркування (КЧ і ВЧ) перші дві цифри також позначають тимчасовий опір, а другі дві - відносне подовження, наприклад КЧ 35-10 (ковкий чавун з тимчасовим опором не менше 350 МПа і відносним подовженням не менше 10 %).
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);
o антифрикційний сірий - АЧС,
o антифрикційний високоміцний - АЧВ,
o 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.
Сталь (пол. Stal, від нього. Stahl), що деформується (ковкий) сплав заліза з вуглецем (до 2%) і ін. Елементами. Сталь - найважливіший продукт чорній металургії, що є матеріальною основою практично всіх галузей промисловості. Масштаби виробництва сталі в значній мірі характеризують техніко-економічний рівень розвитку держави.
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 маловуглецеві (до 0,25%), середньовуглецеві (0,3-0,55%) і високовуглецеві (0,6-0,85%); леговані стали за змістом легуючих елементів діляться на низьколеговані, середньолеговані і високолеговані.
Чавун відноситься до матеріалів, що володіє поганий технологічної зварюваністю, на відміну від сталі. Основні труднощі при зварюванні зумовлені високою схильністю його до відбілювання, тобто появі ділянок з виділеннями цементиту, а також утворення тріщин у шві і біля шовної зони.
Чавун має низьку в порівнянні зі сталлю температуру плавлення (1200-1250оС) і швидко переходить з рідкого стану в твердий. Це викликає утворення пір в шві, оскільки інтенсивне виділення газів зі зварювальної ванни триває і на стадії кристалізації.
У стали розчиняючись в фериті, фосфор сильно спотворює і ущільнює його кристалічну решітку. При цьому збільшуються межі міцності і текучості сплаву, але зменшуються його пластичність і в'язкість. Фосфор значно підвищує порігхладноломкості стали і збільшує схильність сплаву до ліквації.
Фосфор підвищує текучість і зносостійкість, але погіршує оброблюваність чавуну.
Марганець підвищує міцність сталі і чавуну, не знижуючи пластичності, і різко зменшує крихкість при високих температурах (красноломкость). Марганець зменшує шкідливий вплив кисню і сірки.
Сірка є шкідливою домішкою, утворює при затвердінні сірчисте залізо (FeS), погіршує ливарні властивості чавуну і сталі (знижує жидкотекучесть, збільшує усадку і підвищує схильність до утворення тріщин).
Механічні властивості чавунів залежать від металевої основи, а також форми і розмірів включень графіту. Найбільш міцними є сірі чавуни на перлитной основі, а найбільш пластичними - сірі чавуни на ферритной основі. Оскільки графіт має дуже малу міцність і не має зв'язку з металевою основою чавуну, порожнини, зайняті графітом, можна розглядати як порожнечі, надрізи або тріщини в металевій основі чавуну, які значно знижують його міцність і пластичність. Найбільше зниження міцності властивостей викликають включення графіту у вигляді пластинок, найменше - включення точкової або кулястої форми.
У стали тверді частинки цементиту підвищують опір деформації, зменшуючи пластичність і в'язкість. Таким чином, зі збільшенням в сталі змісту вуглецю зростають твердість, межа міцності і зменшуються ударна в'язкість, відносне подовження і звуження.
Чавун має гарні ливарні властивості, добре обробляється різанням, чинить опір зносу, має здатність розсіювати коливання при вібраційних і змінних навантаженнях. Властивість гасити вібрації називається демпфирующей здатністю. Демпфуюча здатність чавуну в 2-4 рази вище, ніж стали.
Сталь - основний матеріал, широко застосовуваний в машино- і приладобудуванні, будівництві, а також для виготовлення різних інструментів.
Розкисленням називають процес видалення кисню з рідкої сталі. Чи не розкислення сталь володіє недостатньою пластичністю і схильна до крихкого руйнування при гарячій обробці тиском.
Спокійні стали раскисляют марганцем, алюмінієм і кремнієм в печі і ковші. Вони тверднуть в виливниці спокійно, без газовиділення, з утворенням у верхній частині злитків усадочноюраковини. Дендритная ізоляція в великих злитках такий стали при їх прокатці або куванні призводить до появи полосчатой структури.
Для поліпшення фізичних, хімічних, міцності і технологічних властивостей стали легують, вводячи в їх склад різні легуючі елементи (хром, марганець, нікель і ін.). Стали можуть містити один або кілька легуючих елементів, які надають їм спеціальні властивості.
Легуючі елементи вводять в сталь для підвищення її конструкційної міцності.
Висока демпфуюча здатність і зносостійкість зумовили застосування чавуну для виготовлення станин різного устаткування, колінчастих і розподільних валів тракторних та автомобільних двигунів і ін.
Підвищена вологотекучість чавуну ускладнює утримання розплавленого металу від витікання і ускладнює формування шва. Внаслідок окислення кремнію на поверхні зварювальної ванни можливе утворення тугоплавких оксидів, що може привести до непровар.
Погано зварюються також чавунні деталі, що працюють тривалий час в зіткненні з маслом і гасом. Поверхня чавуну просочується маслом і гасом, які при зварюванні згоряють і утворюють гази, що сприяють появі суцільний пористості в звареному шві.
Графіт підвищує зносостійкість і антифрикційні властивості чавуну внаслідок власного мастильного дії і підвищення міцності плівки мастильного матеріалу. Чавуни з графітом, як м'якою і крихкою складової, добре обробляються різанням (з утворенням ламкою стружки) і забезпечують більш чисту поверхню, ніж сталі (крім автоматних сталей).
Чавунні деталі, що працюють тривалий час при високих температурах, майже не піддаються зварюванні. Це відбувається в результаті того, що під дією високих температур (300-400оС і вище) вуглець і кремній окислюються, і чавун стає дуже крихким.
Найбільш міцними є сірі чавуни на перлитной основі, а найбільш пластичними - сірі чавуни на ферритной основі.
Механічні властивості високоміцного чавуну дозволяють застосовувати його для виготовлення деталей машин, що працюють у важких умовах, замість поковок або виливків зі сталі. З високоміцного чавуну виготовляють деталі прокатних станів, ковальсько-пресового устаткування, парових турбін (лопатки направляючого апарату), тракторів, автомобілів (колінчаті вали, поршні) і ін.
чавун сталь властивість металургія
В результаті проведеної роботи були розглянуті характеристики чавуну і сталі, їх фізико-хімічні, механічні та специфічні властивості. При порівнянні властивостей виявилося, що:
· Фізико-хімічні властивості чавуну і сталі різні за:
ü змісту вуглецю;
ü температури плавлення;
ü впливу фосфору.
· Фізико-хімічні властивості чавуну і сталі подібні за впливом марганцю і сірки.
· Механічні властивості чавуну залежать від металевої основи і включенню графіту, а стали - від включень цементиту і підвищення вмісту вуглецю.
· Специфічні властивості стали:
ü містить вуглецю до 2%;
ü має властивості розкислення;
ü для поліпшення властивостей сталь легують.
· Специфічні властивості чавуну:
ü висока текучість;
ü просочується маслом і гасом;
ü висока зносостійкість і антифрикційні властивості;
ü володіє ливарні властивості.
Хоч сталь і проводиться з чавуну, вони мають різні фізико-хімічні, механічні та специфічні властивості.
1. Виноградов Ю.Г. Орлов К.С. Матеріалознавство для слюсарів-монтажників. М. тисячі дев'ятсот вісімдесят три.
3. Лахтин Ю.М. Леонтьєва В.П. Матеріалознавство. М. 1972, 1980.
4. Гуляєв А.П. Металознавство. М. 1986.
5. Антікайнен П.А. Металознавство. М. 1972.