Конструкционные углеродистые стали и сплавы

План

1 Введение

2 Классификация металлов

2 Свойства конструкционных материалов

3 Строение и свойства сталей и сплавов

4 Классификация конструкционных сталей

7 Углеродистые стали

8 Вывод

9 Источники информации

Введение

Одним из важнейших факторов научно-технического прогресса, способствующих скорейшему  совершенствованию общественного производства и росту его эффективности, является проблема повешения уровня подготовки специалистов. Я обучаюсь в замечательном  ВУЗе – Московском Государственном Индустриальном Университете, на Факультете Экономики Менеджмента и Информационных Технологий.

До поступления я считала, что нас будут обучать только узким кругом предметов, именно по нашей специальности, но у нас оказались в программе и культурология, и религиоведение, и основы инженерной подготовки. Так как  требования к уровню профессиональной подготовки сильно возросли, и серьезный работодатель хочет видеть у себя ни ограниченного сферой только профессиональной деятельности работника, а умного, эрудированного человека, который найдет «путь к сердцу» любого клиента, особенно это важно для менеджеров. А профессия инженера очень важна для экономики и государства, поэтому я считаю, что обладать небольшой структурированной базой знаний в этой области – очень полезно, мало ли как повернётся жизнь.

Классификация металлов

По объему и частоте использования металлов в технике их можно разделить на металлы технические и редкие. Технические металлы — это наиболее часто применяемые; к ним относятся железо Fе. медь Сu, алюминий А1, магний Мg, никель Ni, титан Тi, свинец Рb. цинк Zn, олово Sn. Все остальные металлы — редкие (ртуть Нg, натрий Nа, серебро Аg, золото Аu, платина Рt:, кобальт Со, хром Сr, молибден Мо, тантал Та, вольфрам W и др.).

Железо в чистом виде используется чрезвычайно редко. Обычно используют железоуглеродистые (Fе-С) сплавs — стали и чугуны. которые образуют группу черных металлов. Все остальные представляют группу цветных металлов. На долю черных металлов приходится —85% всех производимых металлов, а на долю цветных —15%.

По физико-химическим свойствам металлы можно разделить на шесть основных групп.

Магнитные — Ае, Со, Ni обладают ферромагнитными свойствами. Сплавы на основе Fе (стали и чугуны) являются главными конструкционными материалами; сплавы на основе Fе, Со и Ni являются основными магнитными материалами (ферромагнетиками).

Тугоплавкие - металлы, у которых температура плавления выше, чем у Fе (1539°С); это W (3380°С), Та (2970°С), Мо (2620°С), Сr (1900°С), Рt (1770°С), Тi (1670°С) и др. Применяют их как самостоятельно, так и в виде добавок в стали, работающие, в частности, при высокой температуре.

Легкоплавкие — имеют температуру плавления ниже 500°С; к ним относятся: Zn (419°С), Рb (327°С), кадмий Сd (321°С), таллий Т1 (3О3°С), висмут Вi (271°С), олово Sn (232°С) и др. Назначение их самое различное: антикоррозионные покрытия, антифрикционные сплавы, проводниковые материалы.

Из тугоплавких и легкоплавких металлов перечислены наиболее распространенные, хотя известны и такие тугоплавкие металлы, как, например, рений Re (3180°С), осмий 0s (3000°С), а из легкоплавких литий Li (180°С), калий К (68°С), рубидий Rb (39°С), цезий Сs (28°С).

Легкие металлы имеют плотность не более 2,75 Мг/м3 к ним относится А1, плотность — 2,7, Сs — 1,90, бериллий Ве — 1,84 Мг/м3 и др. Эти металлы применяют для производства сплавов, используемых в конструкциях с ограничениями в массе.

Благородные — в электротехнике применяют Аu, Аg, Рt, палладий Рd, а также металлы платиновой группы: иридий Ir, родий Ru, осмий 0s, рутений Рu. Эти металлы и сплавы на их основе обладают высокой химической стойкостью, в том числе и при повышенных температурах. Их используют в производстве ответственных контактов, выводов интегральных микросхем и других полупроводниковых приборов, термометров сопротивления и термопар, нагревательных элементов, работающих в особых условиях.

Редкоземельные — лантаноиды; их применяют как присадки в различных сплавах. Сплавы (RМ) металлов группы железа (М) с редкоземельными элементами (R) являются весьма перспективными магнитотвердыми материалами.

Классифицируются металлы и по другим признакам, например в электротехнике по значению электропроводности: хорошо и плохо проводящие электрический ток. К хорошо проводящим относится большинство металлов, они хорошо проводят электрический ток и пластичные. К плохо проводящим — элементы V группы периодической системы Д. И. Менделеева — это висмут Вi, сурьма Sb, мышьяк Аs, они плохо проводят ток и хрупкие, их иногда называют полуметаллами.            Свойства конструкционных материалов

Конструкционными называют материалы, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, подвергающиеся механическим нагрузкам. Детали машин и приборов характеризуются большим разнообразием форм, размеров, условий эксплуатации. Они работают при статических, циклических и ударных нагрузках, при низких и высоких температурах, в контакте с различными средами. Эти факторы определяют требования к конструкционным материалам, основные из которых — эксплуатационные, технологические и экономические._______________________________________________________________________________________________________

Детали машин и приборов, передающих нагрузку, должны обладать жесткостью и прочностью, достаточными для ограничения упругой и пластической деформации, при гарантированной надежности и долговечности. Из многообразия материалов в наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют сплавы на основе железа — чугуны и особенно стали. Стали обладают высоким, наследуемым от железа, модулем упругости (Е = 210 ГПа).

Прочность – способность металлов оказать сопротивление деформации или разрушению статистическим, динамическим или знакопеременным нагрузкам. Прочность металлов при статистических нагрузках испытывают на растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Испытание на разрыв является обязательным. Прочность при динамических нагрузках оценивают удельной ударной вязкостью, а при знакопеременных нагрузках – усталостной прочностью.

Деформация – это изменение формы и размеров твердого тела под действием внешних сил или в результате физических процессов, возникающих в теле при фазовых превращениях, усадке и т. п. Деформация может быть упругая (исчезает после снятия нагрузки). При все возрастающей нагрузке упругая деформация,  как правило, переходит в пластическую, и далее образец разрушается. В зависимости от способа приложения нагрузки методы испытания механических свойств металлов, сплавов и других материалов делятся на статистические, динамические  и знакопеременные.

Упругость – свойство металлов восстанавливать свою прежнюю форму после снятия внешних сил, вызывающих деформацию. Упругость – свойство, обратное пластичности.

Твердость – способность металлов оказывать сопротивление проникновению в них более твердого тела. Производят испытание на твердость по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Польди и на микро-твердость. Наиболее распространённые первые два метода.

Износостойкость – сопротивление металлов изнашиванию вследствие процессов трения. Износ заключается в отрыве от трущейся поверхности отдельных её частиц и определяется по изменению геометрических размеров или массы детали.

Кроме комплекса этих важных для работоспособности деталей свойств, стали могут обладать и рядом других ценных качеств, делающих их универсальным материалом. При соответствующем легировании и технологии термической обработки сталь становится либо износостойкой, либо коррозионно-стойкой, либо жаростойкой и жаропрочной, а также приобретает особые магнитные, тепловые или упругие свойства. Сталям свойственны также хорошие технологические свойства. К тому же они сравнительно недороги.

Благодаря этим достоинствам стали — основной металлический материал промышленности. Разработано около 2000 марок сталей и сплавов на основе железа.

 Строение и свойства сталей и сплавов

Чистые металлы (содержание основного компонента 99,99— 99,999%) обладают низкой прочностью, поэтому их в технике используют редко (кроме Сu и Аl в электротехнике). Наиболее широко применяют в технике в качестве конструкционных материалов металлические сплавы.

Сплавом называют материал, состоящий из двух или большего числа химических элементов, являющихся компонентами сплава. В металлических сплавах основным компонентом (более 50%) является металл. Так же как и чистые металлы, сплавы построены из кристаллических зерен.

У сплавов можно получать более высокие механические характеристики, электрическое сопротивление, стойкость к коррозии и т.д.

Большинство сплавов, кроме сплавов с неорганической растворимостью компонентов в твердом состоянии, можно представить как систему, состоящую из нескольких фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температуре, давлении).

Сталями называют сплавы железа с углеродом и некоторыми другими химическими элементами. Содержание углерода в сталях может доходить до 2,14. Однако в сталях, применяемых в машиностроении и строительстве, углерода содержится не более 1,3%.

Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей.

При содержании углерода более 1,3% стали становятся слишком хрупкими, и существенно затрудняется их обработка режущим инструментом. На сегодняшний день стали являются основным конструкционным  материалом для изготовления нагруженных деталей машин, сооружений, элементов подвижного состава. В электро- и радиотехнике стали (некоторые ее сорта) используют главным образом в качестве ферромагнетика и ограниченно — в качестве проводникового материала, а как конструкционный материал — в электроустановках при изготовлении несущих конструкций, органов управления и т.п.

Кроме железа и углерода в сталях содержатся полезные и вредные примеси. Сталь – основной металлический материал, широко применяемый для изготовления деталей машин, летательных аппаратов, приборов, различных инструментов и строительных конструкций. Широкое использование сталей обусловлено комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Методы широкого производства стали были открыты в середине ХIX в. В это же время были уже проведены и первые металлографические исследования железа и его сплавов. Стали сочетают высокую жесткость с достаточной статической и циклической прочностью. Эти параметры можно менять в широком диапазоне за счет изменения концентрации углерода, легирующих элементов и технологий термической и химико-термической обработки. Изменив химический состав, можно получить, стали с различными свойствами, и использовать их во многих отраслях техники и народного хозяйства.

Если сталь имеет в своем составе только Fе, С и некоторое количество постоянной примеси, то такую сталь называют углеродистой. Если в углеродистую сталь специально введены один или несколько так называемых легирующих элементов (Сr, Ni, W и др.) с целью улучшения ее служебных и технологических свойств, то такую сталь называют легированной. При легировании могут возникать новые свойства, не присущие углеродистым сталям.

Страницы: 1, 2