Структура стали. Химические, механические и физические свойства.
«Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы,
оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда».
А.Е.Ферсман
Все знаю, что сталь является важнейшим инструментальным и конструкционным материалом для всех отраслей промышленности.
Металлургическая промышленность Украины насчитывает более 50 металлургических заводов и является стратегически важной для страны. В Украине производится широкий ассортимент металлопроката, таких, как: арматура, круги, квадрат, катанка, проволока, полоса, уголок, балка, швеллер, листы, трубы и метизы.
Сталь
Рассматривая данный вопрос, начнем с химического состава.
Сталь – это соединение железо (Fe) + углерод (С) + другие элементы растворенные в железе.
Железо в чистом виде имеет очень низкую прочность, а углерод ее повышает.
Углерод улучшает и некоторые другие показатели:
- твердость,
- упругость,
- устойчивость к износу,
- выносливость.
Содержание «Fe» в стали должно быть — не менее 45%, «С»- не более 2,14% — теоретически, однако на практике % концентрации углерода имеет следующий диапазон значений:
- Низкоуглеродистые стали — 0,1-0,13 %
- Углеродистые стали 0,14-0,5%
- Высокоуглеродистые – от 0,6%
Чем выше процент содержания углерода в стали , тем выше ее прочность и меньше пластичность. УГЛЕРОД — является неметаллическим элементом. Его плотность равна 2,22 г/см3, а плавится при t -3500 °С. В природе он присутствует 2х полиморфных модификаций – графит (стабильная модификация) и алмаз (метастабильная модификация), а в сплаве с железом:
- в свободном — графит (в серых чугунах),
- в связанном — твердое состояние -цементит.
Углерод в соединении с железом находится в состоянии цементита, т.е в химической связи с железом (Fe3C). Структура цементита может быть очень разной, а зависит она от процесса образования, содержания углерода и методов термообработок.
Углерод в свободном состоянии присутствует в сером чугуне (СЧ), в виде графита. Серый чугун имеет пористую металлическую структуру и является весьма хрупким; на нем легко появляются трещины (особенно в процессе сварки).
Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-71)
Система железо- углерод
Структура стали изучается по диаграмме состояния системы железо- углерод. Она характеризует структурные превращения стали и выражает зависимость структурного состояния от температурных режимов и химического состава.
Диаграмма состояния системы железо- углерод
Диаграмма состояния содержит критические точи, которые очень важны теоретически и практически для процессов термообработки стали и их анализа. С помощью диаграммы Fe-C — можно определить вид термообработки, температурный интервал изменения структуры и прогнозировать микроструктуру.
Структуры стали
Сплавы железа с углеродом при различных температурах и различном содержании «С» имеют различную структуру, а соответственно и физические и химические свойства. Одним из таких состояний и является описанный выше цементит. А теперь о них:
Аустенит – твердая структура углерода в гамма-железе — содержит «С» до 1,7% (t > 723° С). При снижении температуры аустенит распадается на феррит и цементит и возникает пластинчатая структура — перлит.
Феррит — твердый раствор «C» в α-железа- при t> 723-768° С , концентрация «С» составляет — 0,02%, а при t 20°С около 0,006% «С». Он очень пластичен, не тверд и имеет низкие магнитные свойства.
Цементит — карбид железа Fe3C. Концентрация «С» 6,63% . Цементит является хрупким , а его твердость — НВ760-800.
Перлит — механическая смесь феррита и цементита, образуемая при постепенном охлаждении в процессе распада аустенита. Исходя из размера частиц цементита перлит имеет различные механические свойства. Содержание «С» -0,8%.
Ледебурит (структура чугуна) — смесь образующаяся из кристаллизация жидкого сплава цементита и аустенита. Ледебурит очень твердый, но хрупкий. Концентрация «С»-4,3%
Свойства стали
Конечно, не только углерод влияет на свойства стали. Состав дополнительных элементов и их количество придают стали определенные свойства. Примеси бывают полезными и вредными. Хорошие примеси влияют исключительно на сами кристаллы, а вредные негативно воздействуют на связь кристаллов между собой. К хорошим примесям относят : марганец (Mn), кремний (Si). К плохим: фосфор (Р), серу (S), азот, кислород и другие.
Физические и механические свойства стали
Основными физическими свойствами стали являются:
- теплоемкость;
- теплопроводность;
- модуль упругости.
- Понятие модуля упругости стали (Е) заключается в соотношении твердого вещества упруго деформироваться при воздействии силы. Данная характеристика на прямую зависит от напряжения, а точнее, является производной соотношения напряжения к упругой деформации.
- модуль сдвига (упругость при сдвиге) (G )– величина измеряемая в Паскалях (Па), определяющая упругие свойства тела или материала и их способность сопротивляться сдвигающим деформациям. Он применяется для расчета на сдвиг, срез, кручение.
- коэффициент линейного и коэффициент объемного расширения при изменении температуры – это величина показывающая относительное изменение линейных размеров или объема материала или тела при увеличении температуры при неизменном давлении.
Основными механическими свойствами стали являются:
- прочность
- твердость
- пластичность
- упругость
- выносливость
- вязкость
Показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества ( ГОСТ 380-71)
Основными химическими свойствами стали являются:
- степень окисления
- устойчивость к коррозии
- жаростойкость
- жаропрочность
Качество стали определяется различными показателями всех ее свойств и структуры. Учитываются и свойства и изделий из этой стали.
По качеству стали разделяют на:
- обыкновенного качества,
- качественная сталь,
- высококачественная сталь.
В данной статье мы рассматриваем только структуру стали и связанные с ней понятия. Качество стали, состав дополнительных примесей и их свойства будут рассмотрены в следующей публикации.
Опубликовано: 24.12.2015
Сталь её виды и свойства. Термическая обработка сталей.
7класс
Раздел: Технология обработки металла.
Тема урока: Сталь её виды и свойства. Термическая обработка сталей.
Цели: образовательная: познакомить учащихся с видами и свойствами стали, дать общее представление о термической обработке стали;
воспитательная: воспитывать у учащихся навыки рационального и ответственного использования материалов;
развивающая: способствовать развитию логического мышления.
Тип урока: Комбинированный.
Методы обучения: рассказ, беседа, инструктаж.
1. Организационный момент.
Приветствие учащихся.
Проверка явки.
Назначение дежурных.
Объявление темы урока: Сталь её виды и свойства. Термическая обработка стали (ученикам записать дату и тему урока в тетрадь).
Объявление цели урока.
2. Повторение материала изученного на предыдущем занятии (по вопросам).
1.Что называют сортовым прокатом?
2.Что такое профиль проката?
3. Где применяется сталь в народном хозяйстве?
3.Объяснение нового материала.
Сталь занимает особое место среди металлов и сплавов. Она служит материальной основой для практически всех отраслей техники и производства. В зависимости от состава стали подразделяются на углеродистые и легированные. Углеродистые стали — это сплавы железа с углеродом в состав которых входят некоторые обычные примеси. Углерод придаёт стали твёрдость, но увеличивает хрупкость и снижает пластичность. Легированные стали— сплавы, в которые, кроме железа, углерода и обычных примесей, входят так называемые легирующие элементы (хром, никель, вольфрам и др.) Добавление их в сталь во время плавки изменяет её свойства. Одни элементы повышают твёрдость и прочность, другие — упругость, третьи повышают коррозийную стойкость стали, улучшают другие полезные свойства и качества. По назначению стали делят на конструкционные, инструментальные и специальные с особыми свойствами. Конструкционные стали применяются для изготовления различных металлических конструкций, деталей механизмов и машин. Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного качества и качественная. Сталь обыкновенного качества обладает невысокой прочностью и применяется для изготовления болтов, шайб, мягкой проволоки, заклёпок. Качественная углеродистая сталь более прочная, и из неё изготовляют зубчатые колёса, шкивы и другие детали машин. Свойства сталей можно изменять с помощью теплового воздействия — термической обработки (термообработки), заключающейся в нагреве, выдержке при температуре нагрева и последующем охлаждении. Основные виды термической обработки сталей – отжиг, нормализация, закалка и отпуск. При
Спросить, понятен ли учащимся новый материал? При положительном ответе — проверить усвоение нового материала, при отрицательном — ответить на вопросы.
4. Проверка усвоения нового материала (по вопросам).
1.В зависимости от состава, на какие виды делятся стали?
2.Что является основными видами термической обработки?
3. Что такое закалка?
5.Практическая работа по художественному выпиливанию.
1. Выполнение работ связанных с завершающим этапом изготовления поделок.
2. Напомнить правила техники безопасности при выпиливании из фанеры.
3. Самостоятельная работа учащихся.
6. Подведение итогов занятия.
1. Контроль выполненной работы.
2. Разборка допущенных учащимися ошибок.
3. Оценка выполненной работы.
4. Сдача дежурным инструмента.
infourok.ru
Виды стали
Сталь по химическому составу делится на две группы: углеродистую и легированную, по качеству — на сталь обыкновенного качества, качественную, повышенного качества, высококачественную и особовысококачественную.
Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2%) с примесями кремния, серы и фосфора, причем главной составляющей, определяющей свойства, является углерод.
Процентное содержание элементов в стали примерно следующее: Fe — до 99,0; С — 0,05-2,0; Si — 0,15-0,35; Mn — 0,3-0,8; S — до 0,06; P — до 0,07.
К недостаткам углеродистой стали относятся:
- отсутствия сочетания прочности и твердости с пластичностью;
- потеря твердости и режущей способности при нагревании до 200°C и потери прочности при высокой температуре;
- низкая коррозионная устойчивость в среде электролита, в агрессивных средах, в атмосфере и при высоких температурах;
- низкие электротехнические свойства;
- высокий коэффициент теплового расширения;
- увеличение веса изделий, удорожание их стоимости, усложнение проектирования вследствие невысокой прочности этой стали.
По химическому составу (ГОСТ 5200) легированная сталь делится на три группы:
- низколегированная сталь — не более 2,5% примесей;
- среднелегированная — 2,5-10%;
- высоколегированная — свыше 10%.
www.elecmet.ru
Сталь, её виды и свойства
План урока
Гарифьянов Фанил Рафисович
Технология 7 класс
Тема урока: «Сталь, её виды и свойства».
Цели и задачи урока :
1.Ознакомить учащихся с видами и свойствами сталей
2. Научить распознавать маркировку сталей .
3.Воспитывать у учащихся бережное отношение к материалам и инструментам.
4.Способствовать развитию логического мышления .
Тип урока : Изучение нового материала Время- 45 минут
Методы обучения : фронтальный опрос ,рассказ учителя , показ приёмов работы , демонстрация наглядных пособий ,показ диафильма «Искровые методы определения марки стали ».
Ход урока
Организационная часть .
Приветствие учащихся , контроль посещаемости , проверка готовности учащихся к уроку , сообщение темы и целей урока .
Теоретическая часть .
А) Повторение пройденного материала « Получение и применение чугуна » .
Вопросы для повторения пройденного материала .
Что такое чугун ?
Виды и свойства чугуна .
Способы получения и область применения чугуна .
Б) Изучение нового материала
План рассказа учителя :
Сталь. Виды сталей ( углеродистые , легированные , конструкционные , инструментальные , специальные ).
Маркировка сталей.
Свойства сталей .
Просмотр диафильма
Сталь . Виды сталей .
Сталь занимает особое место среди металлов и сплавов . Она служит материалом для практически всех отраслей техники и производства . В зависимости от состава стали подразделяются на углеродистые и легированные.
Углеродистые стали –это сплав железа с углеродом , в состав которых входят некоторые обычные примеси . Углерод придаёт стали твёрдость , но увеличивает хрупкость и снижает пластичность.
Легированные стали – сплавы железа с углеродом , в которые кроме железа, углерода и обычных примесей , входят так называемые легирующие элементы ( хром , никель , вольфрам и тд. ).Слово «легирование » произошло от немецкого слова , означающего сплавлять .Добавление этих элементов во время плавки изменяет её свойства .Одни элементы повышают твёрдость и прочность , другие упругость, третьи повышаю коррозионную стойкость стали , улучшают другие полезные свойства и качества .
По назначению стали делят на конструкционные ,инструментальные и специальные с особыми свойствами .
Конструкционные стали применяются для изготовления различных металлических конструкций, деталей механизмов и машин .
Конструкционная углеродистая сталь бывает обычного качества и качественной .
Сталь обыкновенного качества обладает невысокой прочностью и применяется для изготовления болтов , шайб ,мягкой проволоки и тд.
Качественная углеродистая сталь более прочная , и из неё изготавливают зубчатые колёса , шкивы и другие детали машин .
Все стали маркируются , то есть имеют условные обозначения которые показывают вид стали ,её состав , свойства .
Конструкционная углеродистая сталь обычного качества маркируется буквами « Ст» и порядковым номером от 0-7 .Чем выше номер тем больше в нём содержание углерода и выше прочность .Качественная углеродистая сталь обозначается цифрами обозначающими содержание углерода в сотых долях процента .Например « Сталь45 »- это сталь содержащая 0,45 % углерода . Более подробно по марке стали можно определить её состав и свойства , пользуясь специальным справочником .Инструментальные углеродистые стали тоже подразделяются на качественные и высококачественные .Инструментальные стали отличаются от конструкционных большей твёрдостью и прочностью. Они применяются для изготовления различного режущего и контрольно- измерительного инструмента .Инструментальные качественные и высококачественные стали маркируются буквами и цифрами , указывающими содержание углерода в десятых долях процента .
Специальные стали – это стали с особыми свойствами : нержавеющие , износостойкие и тд.
Рассказать учащимся о истории создания сталей ( получение домас
ской стали и булата , как ковались японские клинки).
Просмотреть диафильм « Искровой метод определения марки стали », по окончании просмотра отгадать кросворд по теме .
Как называется сталь у которой при ковке на поверхности получаются узоры ?
Ответ : Домасская
2 .Каким основным свойством отличается сталь от чугуна ?
Ответ : гибкостью
Заключительная часть .
Установка на следующий урок .
А)На следующем уроке продолжится знакомство с технологией обработки стали . Школьники получат новые знания о термической обработке металлов , изучат основные приёмы термической обработки , изучат основные орудия для обработки сталей , приобретут навыки графического изображения металлических деталей .
Б) Домашнее задание :
1. Повторить изученный материал ( учебник по технологии для 7 класса стр . 73-77.
Список использованной литературы .
Занятия по техническому труду: Пособие для учителей труда
Г.Б .Волошин ; А.А. Воронов и тд.Под редакцией Тхоржевского. М.:Просвещение 1985.
videouroki.net
Сталь, Марки и виды стали
Одной из основных характеристик конструкционных сталей является их прокаливаемость. Под прокаливаемостью понимается способность стали воспринимать закалку на определенную глубину (глубина прокаливаемое — толщина закаленной зоны от поверхности до слоя с полумартенситной структурой; критический диаметр — диаметр изделия, прокаливающийся насквозь).
Характерной особенностью конструкционных углеродистых сталей является их ограниченная прокаливаемость и как следствие этого снижение всего комплекса механических свойств с увеличением сечения обрабатываемого изделия.
После закалки и высокого отпуска механические свойства стали 45 сечением 100 мм и выше мало отличаются от свойств стали, подвергнутой нормализации. При закалке в воде с 850° и отпуске при 500° ов углеродистой стали с содержанием углерода 0,40% для сечения 10 мм составляет 80 кг/мм2, для сечения 100 мм ав снижается до 60 кг/мм2.
Стали с повышенным содержанием марганца (типа 50г2) обладают более глубокой прокаливаемостью, чем стали с нормальным содержанием марганца. При закалке в воде деталей сечением до 60 мм и при закалке в масле деталей сечением до 30-40 мм эти стали дают сквозную прокаливаемость.
Легированные конструкционные стали отличаются более глубокой прокаливаемостью в сравнении с уг-
леродистыми сталями, что очень важно при изготовлении изделий крупного сечения, когда требуется обеспечить высокую поверхностную твердость при повышенных механических свойствах сердцевины.
Помимо химического состава стали, температуры закалки, скорости охлаждения при закалке и размера сечения, на прокаливаемость оказывает влияние и величина зерна в стали. С увеличением размера зерна аустенита увеличивается прокаливаемость стали.
Классификация стали по размеру зерна аустенита установлена ГОСТ. Стали с размером зерна 1-4 (по шкале ГОСТ) определяются как крупнозернистые.
В нормализованном или отожженном состоянии мелкозернистая сталь обладает более высоким удлинением и сжатием с несколько меньшими характеристиками прочности при растяжении. Мелкозернистая сталь, подвергнутая закалке и низкому или высокому отпуску, обладает более высокими характеристиками ударной вязкости, относительного удлинения и сжатия поперечного сечения при несколько пониженных значениях предела прочности и предела текучести зерна и более склонны к образованию трещин при закалке.
Закаливаемость стали- способность стали воспринимать закалку с получением максимальной поверхностной твердости, зависящей от содержания углерода в стали.
Марки сталей для деталей станков
1 группа стали, применяемые в станкостроении
Ст. 3; Ст 5, 08КП; 10; 15; 35: 45; А12; А40Г; 50; 50Г2; 65Г; У10; 60С2; НЛ2; 20Х; 40Х; 45Х; 50ХФ; 18ХГТ; 40ХГТ; 35ХГС; 40ХН; 35ХМ; 12ХНЗ; 38ХЮ; 38ХВФЮ; 38ХМЮА; ШХ15; ХГ; ХВГ; 2X13; 4X13; Х18; 1Х18Н9; 1Х18Н9Т; Ппр; Впр; 70С2ХА; железо Армко; Э12; Э31; Э41; Э42
2 группа стали, которые могут быть использованы в станкостроении
Мст. 3; Мст. 5; Мст. 6; 20; 40; А45Ц; 60Г; 70Г; 15Х; 38ХА; 40ХС; 20ХФ; 40ХФ; ЗОХГТ; 20ХГР; 40ХГР; 20ХН; 45ХН; 50ХН; 38ХГН; 40ХНМА; 12ХН2; 15Х2ГН2ТРА; 12Х2Н4; ОХНЗМ; 37ХНЗ; 18ХНВА; ШХ15СГ;
omashinostroenie.com
Углеродистая сталь — состав, свойства, применение и маркировка
Область применения углеродистой стали широка – она используется для создания инструментов, из нее изготавливаются несущие конструкции и элементы для машиностроения. В настоящее время это один из самых востребованных видов стали, так как она обладает уникальными свойствами. Ее эксплуатационные и технические свойства определяются компонентами и их соотношением в составе.
Состав
Для плавки стали используется углерод и дополнительные элементы. В зависимости от будущего назначения к материалу предъявляются определенные требования: твердость, пластичность, текучесть и т.д. Корректировку этих параметров можно осуществлять с помощью изменения % содержания углерода.
Его соотношение к общему объему является одним из основных условий разделения стали на виды.
Их отличительные качества и особенности описаны в нормативных документах:
- Обыкновенного качества – ГОСТ 380-85.
- Конструкционная – ГОСТ 380-88.
- Инструментальная – ГОСТ 1435-54 и ГОСТ 5952-51.
Содержание углерода определяет показатель твердости. Чем его больше – тем прочее будет изделие. Однако нужно учитывать, что одновременно с этим возрастает хрупкость.
В зависимости от этого показателя сталь разделяют на несколько видов:
- Низкоуглеродистая – до 0,25%. Отличается хорошей пластичностью, относительно легко поддается деформации, как в холодном состоянии (годна для холодной ковки), так и под воздействием высоких температур.
- Среднеуглеродистые – от 0,3% до 0,6%. Обладает достаточной прочностью, но также имеет хорошие показатели пластичности и текучести, что важно для обработки. Область применения – элементы конструкций, эксплуатация которых подразумевает нормальные условия.
- Высокоуглеродистые – от 0,6% до 1,4%. Из нее изготавливают высокопрочный инструмент, приборы для измерения.
Каждый из этих видов стали имеет определенную область применения.
Обыкновенного качества
Это самый востребованный вид стали в настоящее время. Она производится в виде проката – листов, прутьев, швеллеров и балок. Благодаря своим свойствам может использоваться в качестве опорных конструкций, элементов машиностроения.
Для того чтобы узнать свойства определенного вида углеродистой стали обыкновенного качества. нужно знать принцип ее маркирования.
Обозначение всегда должно соответствовать ГОСТу. В названии указывается вид металла – СТ. Затем идет цифровой номер, определяющий содержание перлита и углерода. Чем больше номер – тем прочнее изделие. Нумерация может варьироваться от 0 до 6. Затем в названии указывается способ раскисления — СП – спокойная; ПС – полуспокойная; КП – кипящая.
Помимо этого углеродистая сталь имеет разделение на три подвида.
-
А – ее химический состав не регламентируется. Главным показателем являются механические свойства. Она не проходит предварительную стадию обработки давлением. Не предназначена для сварки.
- Б – ее химический состав должен соответствовать нормативной документации. Изделия из этого материала могут подвергаться обработке – штамповке, ковке и т.д. Но при этом возможно изменение механических свойств. Некоторые сорта можно подвергать термическому воздействию.
- И – наиболее качественный вид материала. Для этих марок характерны механические свойства группы «А» и гарантированный химический состав группы «Б». Конструкции могут свариваться между собой.
В маркировке группа «А» не указывается. Если же сорт материала соответствует группам «Б» или «В» — эти буквы указывают в начале маркировки. При использовании в составе марганца с повышенным содержанием в названии марки используют букву «Г». Пример: БСт3Гпс – сталь группы «Б», с содержанием углерода, соответствующего обозначению «6», с добавлением марганца в полуспокойном состоянии.
Качественная
При изготовлении этих сортов стали предъявляются повышенные требования, как к химическому составу, так и к механическим свойствам. Помимо этого регламентируется содержание вредных компонентов.
- Сера – не более 0,04%.
- Фосфор – не более 0,035%.
Данные сорта обозначаются буквой «У». Следующие за ней цифры указывают % содержание углерода (в сотых долях процента). Такие марки стали используются для изготовления инструмента, ответственных элементов в машиностроении, а также при производстве точных измерительных приборов.
- У7 – применяется для производства зубил, штампов, кузнечного инструмента, молотов.
- У8 и У8Г (с содержанием марганца) – пробойники, ножи по металлу, инструмент, предназначенный для обработки камня.
- У9 – инструмент для деревообработки, кернеры, штемпеля.
- У10 и У11 – метчики, развертки, плашки, полотна для ножовок.
- У12 и У13 – резцы для обработки твердого металла, сверла.
На что еще нужно обращать внимание при выборе углеродистой стали? Важно помнить, что чем лучше показатель твердости, тем более хрупким будет изделие. Так, для инструментальных сортов качественной стали характерна хорошая механическая прочность, низкая текучесть и пластичность.
ismith.ru
Виды и свойства стали | Сталь и металл
Виды и свойства стали
Сталь, длительно применяющуюся при высоких температурах, а также слабо напряженную, именуют сталью жаропрочной. При высоких температурах ее остаточное деформирвоание не образуется (имеется в виду видимое деформирование), под напряжением не разрушается. Жаропрочность, ползучесть, долгая …
Электротехническая сталь – вид магнитных сталей из класса сталей с особыми свойствами. Из магнитных сталей, ясно по названию, изготавливают сердечники переменного поля магнитные (имеются, например, в трансформаторах электроизмерительных приборов) и простые магниты – электрические …
Легированная сталь – термин даже неспециалистам знакомый, но бывает еще и микролегированная сталь. При микролегировании в сталь вносят лишь небольшой объем легирующего вещества. Но коренное отличие тут в способе введения. При микролегировании легирующие компоненты обычно добавляются …
Строительство, машиностроение, пищевая отрасль или сельское хозяйство, повсюду требуется сталь определенных марок в виде проката или же конкретных изделий – механизмов, приспособлений, разной техники и прочего. Сталь, точнее СТАЛИ, отличаются своими свойствами (ввиду различного химического …
stalimetal.ru