Metale są czarne. Żelazo i jego stopy Wiadomość o stopach żelaza

Podstawa wszystkich technicznych branże. Fe zajmuje drugie miejsce w skorupie ziemskiej po Al. W czystej postaci Fe w praktyce praktycznie nie występuje. W postaci związku: ruda żelaza Fe3O4.

Klasyfikacja stopów na podstawieFe:

Stać się - Stopy na bazie Fe zawierające. mniej niż 2,13% węgla.

Klasa -Stałam się:

Według chemii skład: - węgiel; -domieszkowany.

Według przeznaczenia: strukturalny; -instrumentalny.

Według jakości: - zwyczajny. jakość; -jakość; -wysoka jakość; -szczególnie wysoka jakość.

Zwykle jakość (najniższa jakość). Używany do produkcji. nieodpowiedzialny i niewysłane. produkty. Wydano z następującymi informacjami. gwarancje dostawcy: - grupa A (normy mechaniczne); -B (według świętych chemików).

Istnieje 7 gatunków stali (od St0 do St7).

Stale stopowe według zawartości %. stopowanie rzecz w: -niska (do 2); -średni (do 7-8); -wysoki (ponad 8).

Zaprojektowany do rozwiązywania specjalnych problemów. zadania:

Twardy magnes.

Namagnesowane, miękkie.

Nie namagnesowany.

Odporny na korozję (Cr i Ni).

Stal nierdzewna (zawiera ponad 13% Cr lub Ni)

Stale narzędziowe klasy I:

Węgiel (U St8 – 0,8% węgla).

Stopowy (głównym pierwiastkiem stopowym jest wolfram).

Brak węgla. instr. – cięcie w niskiej temperaturze nagrzewania. korony, przywodziciel do utraty narzędzi skrawających. Nie nadają się do przetwarzania ciał stałych. Ja i stopy, żelbet. projekty.

Szybkość cięcia stopu kilkadziesiąt razy wyższe niż węglowe. t ogrzewania od 250-650*C. Najnowocześniejsze stale wysokostopowe nazywane są. maraging (bardzo wysokie właściwości wytrzymałościowe, stal nierdzewna, bardzo droga).

Stale specjalnego przeznaczenia: -żaroodporne; -odporna na ciepło. Ich temperatury pracy sięgają 1150*C i nie tracą wytrzymałości.

2. Żeliwo - Stopy na bazie Fe o wyższej zawartości. treść węgiel.

Klasa żeliwa:

Według przeznaczenia: -odlewnia; - konwersja (do produkcji poprzez przetop na stal). Rzeczownik 3 rodzaje obróbki: 1) konwerter (na podstawie nazwy jednostki głównej), 2) martenowski, 3) wytapianie elektryczne.

Według struktury: - szary (C); - biały (B); - plastyczny (K). Te plastyczne, podobnie jak inne, nie mogą być sfałszowane. Swoją nazwę otrzymali od najwyższej plastyczności.

Rodzaje dostaw: -w postaci odlewów (wlewków); - w fazie ciekłej w stopie (do późniejszego przetopienia na stal).

Żelazostopy - stopy zawierające bardzo wysoki procent udziałów każdy. rzecz w. Są to główne przemysłowe: FeMg, FeCu, FeCr, FeVolvram. Yavl. bardzo cenne surowce.

Colored Me i stopy.

Glin i jego stopy.

Al zajmuje pierwsze miejsce pod względem zawartości w skorupie ziemskiej; łatwy; wytrzymałość na rozciąganie jest bardzo niska = 150 M Pa; plastyczność =45%. Ma bardzo wysoką przewodność cieplną i elektryczną, ustępując jedynie miedzi i srebrze. Przemysł puszcza ślad. stopnie czystości: -wysoka (klasa spożywcza Al 99); -techniczny (Al 99,5).

Klasa według celu:

Odlewnie; -odkształcalny (do wytwarzania części poprzez odkształcenie plastyczne: kucie, tłoczenie, prasowanie, przeciąganie).

Główne obszary zastosowań w czystej postaci:- Inżynieria elektryczna przemysł (kabel i drut); -produkcja materiałów dla przemysłu spożywczego (folia); - naczynia, sztućce.

Zalety Al: silnie korozyjny. trwałość, lekkość. Wady: niska wytrzymałość.

Zastosowanie: produkcja samolotów, przemysł stoczniowy, budowa silników.

Najtańszymi stopami odlewniczymi są siluminy (na bazie Al i krzemu). Zalety: tani. i święci odlewni. Nedki: kruchość i niska odporność na ciepło.

; wykres linii ciągłej Cementyt Fe.

W tym obszarze jako składniki systemu można przyjąć węglik żelaza Fe i Fe 3 C, czyli cementyt. Metaliczny na podstawie J.s. w temperaturach powyżej 727°C austenit, będący stałym roztworem wtrąceń węgla w wysokotemperaturowej modyfikacji żelaza g-Fe; Przechłodzony austenit ma wysoką udarność i jest trwały. Wartość pH węgla w temperaturze 1147°C wynosi 2,14% wagowo, w temperaturze 727°C 0,8% (linia wykresu ES). Z t-rahem< 727°С основа Ж. с. - феррит, твердый р-р углерода в низкотемпературной модификации железа a-Fe; р-римость С при этих т-рах ок. 0,02% (линия PQ diagramy); ma niską twardość i stosunkowo niską wytrzymałość. Cementyt Fe 3 C jest rombowy. krystaliczny siatka, komórka elementarna cięcia zawiera 12 atomów Fe i 4 atomy C. Ma wysoką twardość Brinella (HB ~ 7000 MPa) i jest krucha. W połączeniu z innymi pierwiastkami tworzy stałe roztwory substytucyjne – stop. cementyt. W zależności od warunków powstawania wyróżnia się cementyt pierwotny, który uwalnia się podczas krystalizacji stopu, wtórny, który powstaje z austenitu przesyconego i trzeciorzędowy, który uwalnia się z ferrytu przesyconego. Cementyt jest fazą metastabilną, która po powolnym ochłodzeniu ze stopu lub utrzymywaniu w temperaturze 1050-1110°C po zestaleniu rozpada się na postać wolną. węgiel (grafit) i Fe, tzw. grafityzacja. W stanie stopionym stanie, Fe i C są wzajemnie rozpuszczalne. Linia ABCD diagramy - linia likwidusu układu Fe-C, powyżej nacięcia wszystkie stopy są w stanie ciekłym, linia AHIECF- linia solidus, poniżej nacięcia na końcówki stopów. Z zawartością C 4,3% w J. s. eutektyka krystalizuje. mieszanina austenitu i cementytu, tzw. ledeburyt; przy zawartości C wynoszącej 0,8% tworzy się eutektoidalna mieszanina ferrytu i cementytu, tzw. perłowiec. Zgodnie ze schematem ciecze równowagowe schłodzone do temperatury pokojowej ulegają rozkładowi. Elementy konstrukcyjne. Ilość stosunek fazowy dla stopu o dowolnym składzie w określonej temperaturze wyznacza się na diagramie fazowym Fe-C zgodnie z zasadą „dźwigni”: rysuje się linię poziomą łączącą dwie fazy w żądanej temperaturze oraz długości linii poziomej określa się ilość segmentów przeciwnych do faz, oddzielonych danym składem stopu stosunek faz.
Żeliwo. Zwykle zawierają więcej niż 2% węgla. Jego zawartość w żeliwie zależy od właściwości chemicznych. procesy zachodzące w wielkim piecu (patrz Piece) podczas wytapiania. Żeliwo wytapia się z wsadu zawierającego w obecności aglomerowany koncentrat rudy. (koks) i topniki (zwykle CaCO 3, MgCO 3). Gorące, wzbogacone w tlen powietrze jest wdmuchiwane do wielkiego pieca od dołu. CO 2 , H 2 i węgiel stały powstające w piecu redukują kolejno Fe 2 O 3 zawarte w rudzie do Fe 3 O 4 , FeO i żelaza. Temperatura w palenisku pieca, w którym gromadzi się ciekłe żeliwo, sięga 1400-1500°C. Topniki wchodząc w interakcję ze składnikami rudy tworzą żużel zawierający szkodliwe zanieczyszczenia - S, P, nadmiar Mn, skałę płonną i niektóre inne. Podczas wytapiania wielkiego pieca Mn, Si, Cr, Ni, P i inne pierwiastki przechodzą z wsadu do żeliwa, a z koksu -. Przywróci. Wielki piec sprzyja intensywnemu nasycaniu Fe węglem (3Fe + 2CO: Fe 3 C + CO 2), w wyniku czego wielkopiec może zawierać do 4,6% C. Ze względu na swoje przeznaczenie śrut dzieli się na surówkę i żeliwo odlewnicze. Surówkę zawierającą C > 4% przetapia się na stal w konwertorach martenowskich lub elektrycznych. piekarniki Żeliwa odlewnicze zawierające 2,4-3,8% C stosowane są w budowie maszyn do produkcji odlewów żeliwnych. W zależności od stopnia grafityzacji żeliwo dzieli się na białe, pół i szare; w zależności od kształtu wtrąceń grafitowych - w żeliwie z grafitem lamelowym, kulistym, wermikularnym (płyty zakrzywione) i płatkowym; w zależności od rodzaju metalu. podstawy - perlit, ferryt, ferryt-perlit; w zależności od przeznaczenia - do żeliwa konstrukcyjnego i specjalnego. święty ty; w chemii skład na stopowe i niestopowe. W żeliwie białym nadmiar węgla, nie występujący w roztworze stałym Fe, występuje w stanie związanym w postaci cementytu lub tzw. specjalista. węgliki (w żeliwach stopowych). Krystalizacja żeliwa białego następuje podczas szybkiego chłodzenia z utworzeniem cementytu i perlitu. Żeliwo białe charakteryzuje się dużą twardością i kruchością. To samo żeliwo, szybko chłodzone jedynie z powierzchni (bielone), wykorzystywane jest do produkcji części pracujących w podwyższonych warunkach. zużycie ścierne. Aby poprawić futro. Żeliwo czyste białe poddawane jest wyżarzaniu grafityzującemu, w wyniku którego cementyt ulega rozpadowi, a powstały grafit przyjmuje postać płatków. Warunki wyżarzania: odlew przetrzymuje się przez 10-12 godzin w temperaturze 1000°C, schładza do 700°C i utrzymuje przez 20-30 godzin. Na grafityzację wpływają dodatki stopowe Si, Ni, Cu, Al, Ti, CO, negatywnie - Cr, Mn, Mo i W, które przyczyniają się do stabilności cementytu. Powstałe żeliwo nazywa się ciągliwy, ma lepszą zdolność tłumienia niż stal i mniejszą wrażliwość na przecięcia, nadaje się do pracy w niskich temperaturach. Futro. Właściwości żeliwa ciągliwego są określone przez strukturę metalu. baza, liczba i stopień zwartości wtrąceń grafitowych. Naib. Żeliwo ciągliwe perlityczne ma wysokie właściwości (wzrost ~600 MPa) względne wydłużenie d=3%); zwiększyć plastyczność - ferrytyczna. Stosowane jest głównie żeliwo ciągliwe. w inżynierii samochodowej, ciągnikowej i rolniczej. W żeliwie półżeliwnym, które powstaje w wyniku niepełnej grafityzacji żeliwa białego, węgiel zawarty jest w postaci cementytu i grafitu. Wtrącenia grafitowe, które przybierają kształt płatków lub blaszek, są koncentratorami wewnętrznymi. naprężenia w metalu. Ma niższą twardość i wytrzymałość w porównaniu do żeliwa białego. Znajduje zastosowanie jako materiał cierny pracujący w warunkach tarcia suchego (klocki hamulcowe), a także do produkcji części o wyższej jakości. odporność na zużycie (walcowanie, papiernictwo, walce do mielenia mąki). Żeliwo szare zawiera wtrącenia grafitu w kształcie płytek. W zależności od rodzaju metalu. baza dzieli się na perlit, zawierający wtrącenia grafitu w perlicie, ferryt-perlit, z wtrąceniami grafitu na tle obszarów wolnych. ferryt i perlit oraz ferryt, zawierający wtrącenia grafitowe na tle wolnym. ferryt. Naib. Żeliwo szare perlityczne charakteryzuje się dużą wytrzymałością i twardością (sb = 320 MPa, HB = 2000 MPa); kolano żeliwa ferrytyczno-perlitycznego = 200-250 MPa, ferrytyczne ~ 200 MPa. Żeliwo szare perlityczne wykorzystywane jest do produkcji cylindrów, tulei i innych obciążonych części silników, ram itp.; za mniejszą odpowiedzialność. Na części stosuje się żeliwo ferrytyczno-perlitowe i żeliwo ferrytyczne. Zwiększ futro. Stabilność żeliwa szarego osiąga się poprzez szlifowanie i sferodyzację wtrąceń grafitowych. W tym celu przeprowadza się modyfikację żeliwa: do ciekłego żeliwa przed odlaniem wprowadza się modyfikator, na przykład w postaci proszku. Mg, Ce, V, Ca itp., których cząstki służą jako centra grafityzacji i przyczyniają się do powstawania grafitu w postaci małych kuleczek o kulistym kształcie. Tak modyfikowane, czyli wysokowytrzymałe żeliwo charakteryzuje się wyższymi parametrami wytrzymałościowymi (s zgięcie = 1000 MPa, d = 4%), dobrymi właściwościami odlewniczymi i technicznymi. właściwości (płynność, skurcz liniowy, skrawalność). Stosowany do wymiany części stalowych kutych (wałów korbowych silników, sprężarek itp.), części wykonanych z żeliwa ciągliwego lub zwykłego, szarego i wielu innych. dziedziny inżynierii mechanicznej. Stop jest również wytapiany w przemyśle. żeliwo ze specjalnym Fiz.-Chem. St. ty, na przykład, żeliwo odporne na korozję stopowe z Ni i Cu; kwaso- i zasadoodporne, stopowe Cr i Ni; żaroodporne, stopowe z Al, Si, Mo; przeciwcierne, stopowe z Si, Mn, Cr i Cu. Zwykle dostają legir. specjalne żeliwa wykańczanie w kadziach, piecach elektrycznych i żeliwiakach (obróbka cieplna, dodawanie żelazostopów itp.).
Stać się. Zawierają mniej niż 1,5-2% węgla. Podstawowy metody produkcji stali: stalownia konwertorowa, martenowska i piecowa elektryczna. Naib. progresywny - konwerter tlenu i elektryczne hutnictwo; Wielkość światowej produkcji stali wytapianej tymi metodami stale rośnie. Metoda konwertorowa umożliwia wytapianie szerokiej gamy stali i zastosowanie metalu we wsadzie. złomu i skrócić czas wytapiania. Zbiornik do wytapiania stali - konwertor to zbiornik w kształcie retorty wyłożony materiałami dolomitowymi i magnezytowymi; wyposażony w mechanizm obrotowy umożliwiający wylewanie stali. Konwerter przez szyjkę wypełniony jest ciekłym żeliwem, które wdmuchiwane jest od góry lub od dołu mieszaniną tlenu i powietrza, naturalną. gaz, produkty naftowe. Po załadowaniu wsadu (złom żelaza, koncentrat rudy, topniki) do konwertora, przez szyjkę przepycha się chłodzoną wodą lancę, przez którą na powierzchnię dostarczany jest czysty wytop. Następuje intensywne powstawanie Fe i obfite powstawanie FeO, które aktywnie oddziałują. z węglem i domieszkami (Si, Mn, P), utleniając je i redukując do Fe. Materiały wsadowe podczas wytapiania martenowskiego – surówka (w stanie stałym lub ciekłym), koncentrat rudy, złom stalowy; topniki: w procesie głównym - , w procesie kwasowym - piasek kwarcowy. Rodzaj procesu zależy od jakości materiałów wyjściowych; ruda zanieczyszczona P, S wytapiana jest w piecu „głównym” wyłożonym cegłami magnezytowymi lub magnezytowo-chromowymi, ruda wyższej jakości wytapiana jest w piecu „kwasowym” wyłożonym cegłami dolomitowymi. Topiona stal z surówki i złomu ulegnie utlenieniu. proces. Podczas topienia wsadu następuje utlenianie Fe i zanieczyszczeń. Powstały FeO aktywnie oddziałuje. z węglem zgodnie ze stosunkiem FeO + C: CO + Fe, w wyniku czego zawartość węgla w metalu maleje. Aby zintensyfikować utlenianie metali. Podczas kąpieli i spalania paliwa podmuch powietrza wzbogaca je w tlen. Jednakże powstająca nadmierna ilość FeO pod koniec wytapiania jest niepożądana, ponieważ tlen jest szkodliwym zanieczyszczeniem metalu. Aby usunąć tlen, stop jest odtleniony. stal z wykorzystaniem Al, żelazomanganu i żelazokrzemu. W zależności od stopnia odtleniania wyróżnia się stal wrzącą, półcichą i spokojną (całkowicie odtlenioną). Metoda otwartego paleniska jest mniej ekonomiczna niż metody konwertorowe i elektryczne. Wytapianie stali w piecach elektrycznych łukowych i indukcyjnych znalazło szerokie zastosowanie w hutnictwie żelaza, co umożliwia wytapianie stali o znacznie niższej zawartości FeO w wytopie oraz dokładne dozowanie wsadu podczas wytapiania. stale topić się w próżni, pod wysokim ciśnieniem, w celu uzyskania wyższych temperatur topnienia; metoda jest ekonomiczna. Wsad do topienia stali w piecach elektrycznych zawiera zazwyczaj złom stalowy i metaliki. pellety, żelazostopy, żeliwo i topniki. Utlenianie zanieczyszczeń następuje w wyniku oczyszczenia ciekłego metalu tlenem. Aby uzyskać wyższą stal. jakość używana różna. sposoby na jej poród. rafinacja: przetapianie elektrożużlowe, przetapianie łukiem próżniowym, topienie indukcyjne próżniowo, przetapianie łukiem plazmowym, topienie wiązką elektronów, rafinacja pozapiecowa w kadzi, rafinacja stali metodą przedmuchu gazami obojętnymi. Metallizow. Pelety, które częściowo zastępują żeliwo, otrzymywane są najczęściej poprzez bezpośrednią redukcję Fe z rud za pomocą CO, H 2 i pyłu węglowego w wyniku tzw. procesy metalurgii pozadziedzinowej. Procesy odlewania, formowania wlewków i następujące po nich procesy są istotne dla jakości wytopionej stali. toczyć. Postępowym kierunkiem jest ciągłe odlewanie stali i jego połączenie z walcowaniem, co pozwala na uzyskanie wyższej jakości. wynajem przy mniejszych stratach. Właściwości stali, takich jak żeliwa, są określone przez właściwości i ilości. stosunek faz występujących w stopie. Stal zawierająca 0,8% C, tzw. eutektoidalny, mniej niż 0,8% C - podeutektoidalny i ponad 0,8% C nadeutektoidalny. Struktura stali podeutektoidalnej w stanie równowagi składa się z odcinków ferrytu i perlitu, eutektoidy – z odcinków perlitu, nadeutektoidu – z odcinków perlitu i cementytu wtórnego w postaci sieci lub małych kuleczek. Wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali do 0,9% wzrasta jej wytrzymałość, wraz z dalszym wzrostem zawartości węgla wytrzymałość maleje, ale twardość nadal rośnie; Aby poprawić futro. St. w stali poddawana jest obróbce cieplnej. i chemiczno-termiczne. przetwarzanie, a w niektórych przypadkach - połączenie plastiku. i termiczne obróbka (obróbka termomechaniczna). Dobór warunków termicznych przetwarzanie odbywa się za pomocą diagramów izotermicznych. przemiany austenitu przechłodzonego, które budowane są dla każdej konkretnej stali i charakteryzują czas i charakter rozkładu austenitu przechłodzonego w zależności od temperatury przechłodzenia. Krytyczny punkty A 1 dla stali o dowolnej zawartości węgla znajdują się na linii PSK Diagramy Fe-C i odpowiadają przemianie perlitu w austenit i odwrotnie, krytyczne. punkty А odpowiadają zakończeniu przemiany ferrytu w austenit dla stali podeutektoidalnej, punkty Cm online SE- zakończenie przemiany cementytu wtórnego w austenit do stali nadeutektoidalnej. Podstawowy rodzaje termiczne obróbka stali - wyżarzanie, normalizowanie, hartowanie, odpuszczanie. Wyżarzanie dzieli się na wyżarzanie pierwszego i drugiego rodzaju. Wyżarzanie pierwszego rodzaju nie jest związane z rekrystalizacją fazową stali i przebiega w stanie austenitycznym, w wysokich temperaturach i czasie trwania. narażenia wymagane do wyrównania niejednorodności stężeń, rozkładu. rodzaj segregacji (wyżarzanie dyfuzyjne) lub w temperaturach nieco poniżej krytycznej. punkt A 1 - do procesu rekrystalizacji i usuwania hartowania po plastyczności na zimno. odkształcenie (wyżarzanie rekrystalizacyjne). Wyżarzanie drugiego rodzaju polega na nagrzaniu stali powyżej stanu krytycznego. punkty, tj. rekrystalizacja, naświetlanie, powolne chłodzenie z ekspozycją podczas procesu chłodzenia w temperaturze 650-680°C w celu sferodyzacji cementytu płytkowego z następczą. ochłodzenie do temperatury pokojowej. Wyżarzanie takie wprowadza stal w stan równowagi, zmiękcza ją i poprawia skrawalność. Normalizacja polega na nagrzaniu stali do jednofazowego stanu austenitycznego, przetrzymaniu jej i ochłodzeniu na powietrzu. Dzięki normalizacji uzyskuje się strukturę, zwiększa się odporność stali na kruche pękanie i poprawia się jej futro. obrabialność. Hartowanie stali podeutektoidalnej polega na nagrzaniu stopu do jednofazowego stanu austenitycznego; nadeutektoid – w procesie nagrzewania do stanu dwufazowego (austenit + cementyt wtórny) z przetrzymywaniem do nagrzania i szybkim ochłodzeniem w wodzie lub oleju. Hartowanie przeprowadza się w celu nadania stali dużej twardości i wytrzymałości, co wiąże się z powstawaniem w stali martenzytu, który jest przesyconym stałym roztworem C w a-Fe. Podczas hartowania w stali pojawiają się duże elementy wewnętrzne. pod wpływem stresu wzrasta jego wytrzymałość i twardość. Po hartowaniu, aby zwiększyć wytrzymałość i ciągliwość stali, należy zmniejszyć zawartość wewnętrzną naprężenia i twardości, stosuje się odpuszczanie stali, które polega na nagrzaniu do temperatury poniżej krytycznej. punkty A 1, ekspozycja w tej temperaturze z ostatnią. chłodzenie przy danej prędkości. Podczas odpuszczania następuje rozkład martenzytu, austenitu szczątkowego i wytrącanie się węglików. Aby osiągnąć wymagany kompleks futra, ucieka się się do wakacji. Św., rozdz. przyr. najlepsze połączenie wytrzymałości i plastyczności, a także wyeliminowanie elementów wewnętrznych naprężenia powstające podczas hartowania. Połączenie hartowania stali z wysokim odpuszczaniem, stosowane w przypadku stali konstrukcyjnych, to tzw. poprawa; w tym przypadku osiąga się maksimum. połączenie wytrzymałości i wytrzymałości stali. Aby zwiększyć twardość i odporność na zużycie warstwy wierzchniej wyrobów stalowych oraz zwiększyć wytrzymałość kontaktową, poddaje się je pewnym rodzajom obróbki chemiczno-termicznej. obróbka - nasycanie powierzchni stali węglem (), azotem (azotowanie), borem (borowanie), chromem (chromowanie) i innymi pierwiastkami, z późniejszymi. hartowanie i odpuszczanie. Termomech. obróbka stali stosowana jest w celu zwiększenia jej twardości i wytrzymałości przy zachowaniu odpowiednio dużej ciągliwości i wytrzymałości. Wyróżnia się zabiegi wysoko- i niskotemperaturowe. Podczas obróbki tworzyw sztucznych w wysokiej temperaturze. odkształcenie odbywa się w stanie austenitycznym z ostatnim. hartowanie; w niskiej temperaturze - stal nagrzewa się do stanu austenitycznego, schładza do t-p, poniżej t-p wyższego. stabilność przechłodzonego austenitu, tworzywa sztucznego. odkształcenie i szybkie ochłodzenie. Z termomechem. Podczas obróbki zwykle udoskonala się strukturę stopu (ziarno, martenzyt, węgliki). W zależności od zawartości pierwiastków C i stopowych stale dzielimy na węglowe i stopowe. Oprócz węgla stale węglowe zawierają zwykle do 0,7% Mn, 0,37% Si, 0,04% S i 0,035% P. Stale stopowe według składu chemicznego. Skład dzieli się na niskostopowe o łącznej zawartości pierwiastków stopowych do 2,5%, średniostopowe - od 2,5 do 10% i wysokostopowe - powyżej 10%. W odniesieniu do węgla, pierwiastki stopowe w żelazie. można podzielić na pierwiastki niewęglikotwórcze (Ni, Si, Co, Al i Cu) oraz pierwiastki węglikotwórcze (Cr, Mn, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta i Zr). W zależności od stopnia rosnącego powinowactwa do węgla, pierwiastki stopowe są ułożone w rzędzie: Mn< Сr < W < Мо < Та < V < Zr < Ti < Nb. В сталях могут образовываться как простые, так и сложные этих элементов, напр. Fe 2 W 2 C, WC, W 2 C, Мо 2 С, (Fe, Cr, Mo) 23 C 6 Cr 3 C 2 . В зависимости от осн. легирующего элемента различают хромистые, кремнистые, марганцовистые, никелевые, хромоникелевые, молибденовые и вольфрамовые стали. По структуре, полученной при охлаждении на воздухе из аустенитного состояния, различают стали перлитного, мартенситного, аустенитного, ферритного и ледебуритного классов. К перлитному классу относят углеродистые и малолегир. стали, к остальным - легированные. Легир. стали маркируются обычно буквенно-цифровыми обозначениями. Легирующие элементы обозначают русскими заглавными буквами: Mn - Г; Si - С; Сr - Х; Ni - H; W - B; V - Ф; Ti - T; Мо - М; Со - К; Аl - Ю; Cu - Д; В - Р; Nb - Б; Р - П; перед буквами дается содержание углерода; если содержание углерода равно 1,0%, цифра в марке не ставится. При содержании легирующего элемента >1,5% po dużej literze odpowiedniego elementu oznacza jego zawartość w pełnych procentach. W niektórych przypadkach przed znakiem znajduje się legir. stale, litery wskazują obszary ich zastosowania. Wyróżnia się stale ogólnego przeznaczenia, stale automatyczne, stale konstrukcyjne (węglowe i stopowe), stale narzędziowe (węglowe i stopowe), stale szybkotnące itp. Stale ogólnego przeznaczenia zaliczane są do podeutektoidalnych stali węglowych. Używany bez termoobiegu obróbce lub po normalizacji i hartowaniu. Stale automatyczne zawierają wyższą ilość fosforu (<0,1%), характеризуются хорошей мех. обрабатываемостью и повыш. хрупкостью. Хорошо обрабатываются резанием; применяются для изготовления деталей, работающих при невысокой ударной нагрузке и малых коэф. трения. Конструкционные углеродистые стали применяют без термообработки или после нормализации и улучшения для изготовления деталей, не испытывающих больших нагрузок. Конструкционные легир. стали подразделяют на цементируемые и улучшаемые. Первые подвергают цементации - насыщению с поверхности углеродом с послед. полной закалкой и низким отпуском, вторые - улучшению (закалке и высокому отпуску). Пружинно-рессорные стали, легированные Si, обладают высоким пределом упругости (предел пропорциональности @ 1500 МПа); их термич. обработка -закалка и средний отпуск. Инструментальные углеродистые и легир. стали предназначены для изготовления режущих, измерительных и штамповых инструментов, обладающих высокой твердостью, износостойкостью, достаточной ударной вязкостью, прочностью, теплостойкостью. Для режущего инструмента, работающего при небольших скоростях резания, применяют углеродистые заэвтектоидные стали, а также легированные хромокремнистые, хромовольфрамомарганцовистые и др. инструментальные стали. Последние обладают большей прокаливаемостью и теплостойкостью, меньшей хрупкостью, чем углеродистые. Для холодных штампов используют легированные доэвтектоидные стали (хромоникельмолибденовые, хромоникельтитановые и др.), для инструментов холодного деформирования - высокохромистые стали ледебуритного класса, содержащие 12% Сr, для инструментов холодного выдавливания - сложнолегир. стали с содержанием С 0,75%, для инструментов горячего деформирования - сложнолегир. электростали, содержащие 0,4-0,6% С. Быстрорежущие стали применяют для изготовления разнообразного режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Они обладают высокой теплостойкостью, твердостью, износостойкостью, высокой прокаливаемостью. Широко применяют сложнолегир. быстрорежущие стали, содержащие W, Мо, Со, Сr, V и др. элементы; содержание в них углерода ок. 0,9%. Наиб. часто применяемая быстрорежущая сталь содержит 5-6% W. Быстрорежущие стали относятся к сталям ледебуритного класса, т. к. благодаря высокому легированию в них сохраняются первичные карбиды, образовавшиеся при кристаллизации. Термич. обработка таких сталей состоит из высокотемпературной закалки в масле и трехкратного высокого отпуска. К жаропрочным сталям относят высоколегир. стали, содержащие Сr (0,4 14%), Ni (8-34%), Мо (0,4 0,8%), W (0,5 2%), V (0,15 0,40%). Жаропрочность сплава связана с тугоплавкостью осн. металла, наличием в сплаве твердого р-ра и дисперсной упрочняющей фазы. Жаропрочные стали подразделяют на стали для низких и средних т-р стали ферритного класса, и повыш. т-р (700 750 °С) стали аустенитного класса. Высокохромистые жаропрочные стали подвергают закалке при 1000-1060°С в масле и высокому отпуску. Для работы при т-рах 800 °С применяют обычно сплавы на основе никеля (см. Stopy żaroodporne). Stale odporne na korozję (nierdzewne) są odporne na zniszczenie w chemikaliach. środowiska agresywne (k-tah, zasady). Podstawowy pierwiastkiem stopowym tych stali jest Cr. Chromowe stale nierdzewne dzielimy na: 1) stale martenzytyczne stopowe Cr (12-18%) i zawierające do 0,4% C; mieć wysokie futro. święty ty; 2) stale ferrytyczne wysokochromowe (16-30% Cr); mają wysoką odporność na korozję i niższą futro. święty ty; 3) stale austenityczne domieszkowane Cr (12-30%) i Ni (7-20%); mieć wysoką wytrzymałość na pełzanie; stosowany do pracy w temperaturach do 700°C. Termiczny obróbka chromowych stali nierdzewnych polega na podwójnym wyżarzaniu lub hartowaniu, obróbce na zimno i starzeniu (długotrwała ekspozycja w temperaturach odpowiadających odpuszczaniu). Stale elektrotechniczne (transformatorowe i dynamiczne) charakteryzują się wysokim polem magnetycznym. przepuszczalność i niskie straty podczas odwracania namagnesowania; Zwykle stosuje się je w postaci arkuszy i wykorzystuje do produkcji różnych produktów. rdzenie magnetyczne. Podstawowy elektryczny pierwiastek stopowy stale Si; jego zawartość w stali transformatorowej wynosi 4%, w stali dynamicznej do 2,5%. Ze względu na wysoką zawartość Si i niską zawartość węgla stal transformatorowa jest stalą ferrytyczną. Poprzez wyżarzanie po walcowaniu na zimno lub na gorąco uzyskuje się produkcję żebra lub kostki. teksturę tej stali, co znacznie zwiększa jej parametry elektryczne. Św.
Stopy o specjalnych właściwościach fizycznych i chemicznych. Należą do nich niektóre rodzaje stali i stopów o dużej (do 50%) zawartości rozkładu. elementy. Wśród pierwszych najbardziej Stosowane są odporne na zużycie stale austenityczne o wysokiej zawartości Mn (> 13%). Mają wysoką odporność na zużycie i zwiększoną... wytrzymałość przy dość niskiej twardości (na przykład stal Hadfielda). Tę niezwykłą kombinację przeciwnych właściwości tłumaczy się zdolnością stali do samowzmacniania się pod obciążeniem. Druga grupa to stopy o specjalnych właściwościach. Święci (tabela 1). W procesie produkcji żelaza wykorzystuje się żelazostopy. jako półprodukt materiały wsadowe do tworzenia stopów i odtleniania stali, żeliwa i niektórych innych stopów. Naib. Żelazokrzem, żelazomangan, żelazochrom itp. stały się powszechne. Efekt stopowy określonego żelazostopu na stali polega na rozpuszczeniu pierwiastka stopowego w Fe lub substancji chemicznej. interakcja go cementytem, ​​w wyniku czego w stali powstają stałe roztwory substytucyjne i węgliki odpowiednich metali. typ (M 3 C, MS, M 2 C, M 7 C 3, M 6 C itp.).

Do produkcji żelazostopów zwykle wykorzystuje się rudy niezbędnych pierwiastków zawierających żelazo. Metody wytapiania żelazostopów: elektrotermiczna, elektrosilikotermiczna, metalotermiczna i wielkopiecowa (tab. 2).


Odniesienie historyczne. J. s. jako materiał używany przez człowieka mają długą historię. Powrót w połowie. II tysiąclecie p.n.e mi. Człowiek nauczył się redukować rudy żelaza poprzez ogrzewanie węglem drzewnym, uzyskując tzw. surowe żelazo jest plastyczne i bardzo plastyczne, prawie nie zawiera węgla. Z otrzymanego w ten sposób przedmiotu obrabianego („gąbki”) dokonywano rozkładu. produkty. Pierwsze wzmianki o żeliwie pochodzą z VI wieku. pne mi. W Chinach niskotopliwe żelazo o wysokiej zawartości P (0,8-0,9%) otrzymywano z rud żelaza o wysokiej zawartości fosforu, z których odlano rozkład. produkty. Żeliwo było znane starożytnym hutnikom w IV-V wieku. pne mi. Produkcja żeliwa w Europie rozpoczęła się w XIV wieku. wraz z pojawieniem się pierwszych małych pieców (domów). W Rosji produkcję żeliwa rozpoczęto w XVI wieku; Pod rządami Piotra I Rosja przewyższyła wszystkie kraje w produkcji żeliwa. W XVIII wieku pojawienie się pieców do topienia żeliwa i złomu odlewniczego (piece żeliwiakowe) zapoczątkowało samodzielne istnienie odlewni żeliwa w przemyśle maszynowym. fabryki Na początku. 19 wiek produkcja żeliwa ciągliwego rozpoczyna się w połowie. XX wiek - stopowe. Aby uzyskać staliwo, starożytni rzemieślnicy stosowali stapianie małych kawałków żeliwa i stali w tyglach ogniotrwałych (topienie tygla). To wytapianie umożliwiło wytwarzanie produktów wysokiej jakości. stal o specjalnej konstrukcji (stal wzorzysta), która ma wysoką twardość i elastyczność, - nie obejmuje stali damasceńskiej stosowanej do produkcji broni białej. trwałość i ostrość. Proces tyglowy trwał aż do początku. XX wiek Na końcu 18 wiek Zaczęto stosować budyń - proces przekształcania żeliwa w miękką stal niskowęglową, uzyskiwaną w stanie przypominającym ciasto na palenisku ognistego pieca pogłosowego (pudling). Zaproponowano w drugiej połowie. 19 wiek G. Bessemer i P. Martin stosowali konwertorową i martenowską metodę wytapiania żelaza. umożliwiło rozpoczęcie masowej produkcji staliwa. Na końcu 19 wiek zaczęto stosować wytapianie w piecach elektrycznych. Do września XX wiek Wśród metod produkcji stali dominującą pozycję zajmował proces martenowski, który stanowił ok. 80% światowej produkcji stali. Od lat 50 Rola metody konwertera tlenu gwałtownie wzrosła. Produkcja stali na świecie stanowi 90-95% produkcji wszystkich metali. Światowa produkcja stali ok. 700 milionów ton rocznie (1984). Oświetlony.: Bokshtein S. 3., Struktura i właściwości stopów metali, M., 1971; Gulyaev A.P., Clean Steel, M., 1975; Pickering F., Metalurgia fizyczna i rozwój stali, przeł. z języka angielskiego, M., 1982; Metalurgia i obróbka cieplna stali. Podręcznik wyd. M. P. Bernstein i A. G. Rakhstadt, wyd. 3, tom 1-3, M., 1983; Blanter M.E., Teoria obróbki cieplnej, M., 1984; Gulyaev A.P., Metalurgia, wyd. 6, M., 1986; Novikov I.I., Teoria obróbki cieplnej metali, wyd. 4, M., 1986. B. G. Sazonov, Yu B. Sazonov.

Encyklopedia chemiczna. - M .: Encyklopedia radziecka. wyd. I. L. Knunyants. 1988 .

Zobacz, co „STOPY ŻELAZA” znajduje się w innych słownikach:

Makroskopowe jednorodne układy składające się z dwóch lub więcej metali (rzadziej metali i niemetali) o charakterystycznych właściwościach metalicznych. św. ty. W szerszym znaczeniu S. dowolne układy jednorodne otrzymane przez stopowanie metali, niemetali, substancji nieorganicznych. łączyć... Encyklopedia chemiczna

Żelazo jest szarawy metal o masie atomowej 55,85 i promieniu atomowym 0,127 nm. Temperatura topnienia wynosi 1539 0 C. W stanie stałym żelazo posiada sieć krystaliczną, która charakteryzuje się dwoma możliwymi stanami, zwanymi modyfikacją polimorficzną i oznaczanymi jako α-Fe i γ-Fe. Istnienie tych modyfikacji zależy od temperatury ogrzewania.

α-Fe charakteryzuje się siatką sześcienną skupioną wokół ciała, która występuje w temperaturach poniżej T≤910 0 C i w zakresie T=1392 1539 0 C. W zakresie temperatur T=910 ÷ 1392 0 C występuje żelazo w postaci γ-Fe.

Węgiel jest pierwiastkiem niemetalicznym, który rozpuszcza się w żelazie zarówno w stanie ciekłym, jak i stałym. Najczęściej układ Fe-C występuje w postaci ciekłego stopu lub roztworu stałego. Roztwory stałe to te fazy, w których jeden ze składników zachowuje swoją strukturę krystaliczną, a atomy innych składników znajdują się w sieci pierwszego, zmieniając jego wymiary. Rozróżnia się roztwory stałe substytucyjne i śródmiąższowe.

Nazywa się stały roztwór węgla i innych zanieczyszczeń w α-Fe ferryt. Węgiel znajduje się w środku ściany sześcianu, w którym może zmieścić się kula o promieniu 0,29 R, Gdzie R– promień atomowy żelaza.

Nazywa się roztworem węgla i innych zanieczyszczeń w γ-Fe austenit . Atom węgla znajduje się w środku sześcianu z wpisaną kulą o promieniu 0,41 R. Austenit charakteryzuje się dużą ciągliwością i niską wytrzymałością.

Najpopularniejszymi stopami na bazie żelaza są stal i żeliwo, które są stałymi roztworami (stopami) żelaza Fe z węglem C. Jeśli zawartość węgla w roztworze jest mniejsza niż 2,14%, wówczas taki stop nazywa się stalą, a jeśli jest to ponad 2,14%, następnie żeliwo. Granica pomiędzy żeliwem i stalą odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w austenicie. Stale po zastygnięciu nie zawierają kruchego składnika konstrukcyjnego, a po nagrzaniu w wysokich temperaturach mają jedynie strukturę austenityczną o dużej ciągliwości. Z tego powodu stale łatwo ulegają odkształceniom w temperaturach normalnych i podwyższonych, tj. są materiałami plastycznymi. W przeciwieństwie do stali, żeliwa są kruche, ale mają dobre właściwości odlewnicze, w tym niższe temperatury topnienia.

Stać się

Stać się– są to odkształcalne stopy żelaza z węglem (do 2,14% węgla) i innymi pierwiastkami. Stal konstrukcyjna musi także charakteryzować się dobrymi właściwościami technologicznymi: być dobrze obrabianą przez tłoczenie i cięcie, nie ulegać pęknięciom szlifierskim, posiadać wysoką hartowność oraz małą skłonność do odwęglania, odkształcania i pękania podczas hartowania.

Według składu chemicznego Stale dzielą się na węglowe i stopowe. Stale węglowe zawierają oprócz żelaza i węgla także mangan (do 1%) i krzem do (0,8%), a także trudne do usunięcia w procesie wytapiania zanieczyszczenia – siarkę i fosfor. Siarka i fosfor zmniejszają właściwości mechaniczne stali: siarka zwiększa kruchość w stanie gorącym (kruchość czerwona), a fosfor - w niskich temperaturach (kruchość na zimno). W zależności od zawartości węgla wyróżnia się niską (C ≤ 0,25%), średnią (0,25)< С ≤ 0,6%) и высокоуглеродистые (C >0,6%) stali. Wraz ze wzrostem zawartości węgla wzrasta twardość i wytrzymałość, ale maleje ciągliwość i pogarsza się spawalność stali.

Oprócz wskazanych składników do składu stali stopowych wprowadza się pierwiastki stopowe (chrom, nikiel, molibden, wolfram, wanad, tytan, niob itp.) w celu poprawy właściwości technologicznych i operacyjnych oraz nadania specjalnych właściwości. Pierwiastkami stopowymi mogą być także mangan o zawartości powyżej 1% i krzem o zawartości powyżej 0,8%.

W całym wolumenie wyrobów inżynierii mechanicznej produkty wykonane ze stali zwykłej (GOST 380-94) i stali wysokiej jakości (GOST 1050-74), a także stali stopowej (GOST 4543-71) stanowią prawie 80%. Są tanie i mają zadowalające właściwości mechaniczne w połączeniu z dobrą obrabialnością i ciśnieniem.

Najpopularniejsze są stale węglowe. Ich produkcja sięga 80% całkowitej produkcji wszystkich stali.

Według celu Stale dzielą się na konstrukcyjne, instrumentalne i o specjalnych właściwościach. Stale konstrukcyjne są najczęściej stosowane. Mogą być węglowe (C ≤ 0,7%) lub stopowe. Stale narzędziowe wykorzystywane są do produkcji narzędzi skrawających, tłoczących i pomiarowych. Są to węgiel (C ≥ 0,8 ... 1,3%) i stopy chromu, manganu, krzemu i innych pierwiastków. Stale o specjalnych właściwościach obejmują stale nierdzewne, niemagnetyczne, elektrotechniczne, stale z magnesami trwałymi itp.

Według jakości Stale dzielą się na zwykłe, wysokiej jakości, wysokiej jakości i szczególnie wysokiej jakości. Różnica między nimi polega na ilości szkodliwych zanieczyszczeń (siarki i fosforu). Zatem w stalach zwykłej jakości dopuszczalna jest zawartość siarki do 0,06% i fosforu do 0,07%; jakościowo – każdy element nie więcej niż 0,035%; aw wysokiej jakości - nie więcej niż 0,025%.

Zgodnie z naturą zestalenia ze stanu ciekłego, stopień odtlenienia rozróżnia się stal spokojną, półcichą i wrzącą. Im dokładniej tlen zostanie usunięty ze stopu, tym spokojniejszy będzie proces krzepnięcia i tym mniejsze będzie wydzielanie się pęcherzyków tlenku węgla („wrzenie”). O wyborze technologii odtleniania decyduje cel i możliwości produkcyjne, jednak każda metoda ma swoje zalety i wady.

Znaczki zwykłej jakości stal węglowa oznaczone są literami St (stal) i cyframi od 0 do 6, np. St0 – St6. Liczby odpowiadają warunkowemu numerowi marki w zależności od składu chemicznego i właściwości mechanicznych. Im wyższa liczba, tym wyższa zawartość węgla w stali, tym wyższa wytrzymałość i niższa plastyczność. Stale te dzielą się na trzy grupy - A, B i C. Stal grupy A ma gwarantowane właściwości mechaniczne i nie podlega obróbce cieplnej. Grupa A nie jest wskazana w gatunku stali; Dla stali grupy B gwarantowany jest skład chemiczny, dla stali grupy B gwarantowany jest skład chemiczny i właściwości mechaniczne. Stale węglowe zwykłej jakości (GOST 380-94) służą do produkcji niekrytycznych części nadwozia, elementów złącznych, kształtowanych wyrobów walcowanych (dwuteowniki, ceowniki, kątowniki) itp.

Stopień odtlenienia jest oznaczony indeksami po prawej stronie numeru marki: kp - wrzenie, ps - półspokojny, sp - spokojny. Na przykład stal St2kp jest stalą grupy A, wrzącą; BSt3ps – stal grupy B, półcicha; VSt5sp – stal grupy B, spokojna.

Stale jakości węglowej oznaczone są dwucyfrowymi liczbami (08, 10, 15, ..., 70), pokazującymi średnią zawartość węgla w stali w setnych częściach procenta. Stale te można podzielić na kilka grup. Stale 08 i 10 mają wysoką ciągliwość, można je dobrze tłoczyć i spawać. Stale niskowęglowe 15, 20, 25 są dobrze spawane i obrabiane przez cięcie, a po nawęglaniu i obróbce cieplnej mają podwyższoną odporność na zużycie. Najczęściej stosowane są stale średniowęglowe 30, 35, 40, 45 i 50 ze względu na ich dobre połączenie wytrzymałości i właściwości plastycznych oraz dobrą obrabialność. Stale wysokowęglowe 60, 65, 70 mają wysoką wytrzymałość, odporność na zużycie i elastyczność i są wykorzystywane do produkcji części takich jak sprężyny. Wytrzymałość i twardość stali średnio- i wysokowęglowych można zwiększyć poprzez obróbkę cieplną.

Stopowe nazywane są stalami, do których wprowadza się pierwiastki stopowe w celu nadania im specjalnych właściwości. Z reguły stosuje się następujące dodatki stopowe: chrom (Cr), krzem (Si), nikiel (Ni), wanad (W), aluminium (Al), mangan (Mg) itp. Mają one różny wpływ na właściwości stali: mangan zwiększa wytrzymałość i odporność na zużycie; krzem zwiększa właściwości sprężyste stali; chrom zwiększa odporność na korozję, twardość, wytrzymałość, odporność na ciepło; nikiel zmniejsza współczynnik rozszerzalności liniowej, zwiększa wytrzymałość i odporność na zużycie; wolfram i molibden zwiększają wytrzymałość i twardość, poprawiają właściwości skrawania w podwyższonych temperaturach.

Nazywa się stale, w których całkowita zawartość pierwiastków stopowych nie przekracza 2,5%. niskostopowej; w przypadku, gdy zawartość pierwiastków stopowych wynosi 2,5...10% - tak stopowe stal, a jeśli dodatki stopowe stanowią więcej niż 10%, wówczas takie stale nazywane są wysokostopowe.

Stale stopowe są oznaczone literami i cyframi wskazującymi ich skład chemiczny. Pierwsze cyfry gatunków przed literami oznaczają zawartość węgla dla stali konstrukcyjnych w setnych częściach procenta (dwie cyfry), a dla stali narzędziowych i specjalnych – w dziesiątych. Ponadto oznaczenie składa się z liter wskazujących, które pierwiastki stopowe są zawarte w stali, oraz cyfr bezpośrednio po każdej literze, charakteryzujących średnią zawartość pierwiastka stopowego w procentach. Liczb za literą nie umieszcza się, jeśli zawartość pierwiastka stopowego jest mniejsza niż 1,5%. Pierwiastki stopowe są oznaczone następującymi literami: T - tytan, C - krzem, G - mangan, X - chrom, H - nikiel, M - molibden, B - wolfram itp. Na przykład stal nierdzewna X18N10T zawiera 18% chromu, 10% niklu i do 1,5% tytanu; konstrukcyjna stal stopowa 30ХГС zawiera 0,30% węgla, a chrom, mangan i krzem do 1,5% każda; Stal stopowa narzędziowa 9ХС zawiera 0,9% węgla oraz chrom i krzem do 1,5% każda. W stalach 30KhGS i 9KhS krzem wynosi ponad 0,8%, mangan w stali 30KhGS wynosi ponad 1%.

Oznaczenia niektórych specjalnych gatunków stali zawierają z przodu literę wskazującą przeznaczenie stali. Na przykład litera Ш – stal łożyskowa kulkowa (ШХ15 – o zawartości chromu ≈ 1,5%), E – elektryczna itp.

Stale węglowe zwykłej jakości zgodnie z GOST 380-94 z oznaczeniem St przeznaczone są do produkcji wyrobów walcowanych na gorąco: blach długich, kształtowych, grubych i cienkich, szerokopasmowych (cienkich blach na zimno), a także wlewków, zakwitów, płyty, sutunka, kęsy walcowane i odlewane, rury, odkuwki i wytłoczki, taśmy, druty, wyroby metalowe, części lekko obciążone, konstrukcje metalowe, wszelkiego rodzaju części karoserii itp.

Gatunki zagranicznych stali węglowych o zwykłej jakości i standardzie międzynarodowym, odpowiadające rosyjskim stalom gatunku ST pod względem właściwości mechanicznych, podano w tabeli. 2. W tym przypadku zawartość głównych pierwiastków (C, Si, Mn, P, S) mieści się w określonych zakresach.

Porównując granice wytrzymałości i plastyczności, rozrzut mieści się w granicach ±50 MPa.

W celu porównania wyników badań naukowców z różnych krajów świata podano marki zagranicznych odpowiedników wysokiej jakości stali konstrukcyjnych węglowych i niskostopowych (tabele 3 i 4).

Tabela 2

Tabela 3

Tabela 4

Właściwości mechaniczne stali można scharakteryzować za pomocą wytrzymałości na rozciąganie σ w i granicy plastyczności σ T, których wartości silnie zależą od składu chemicznego stali i jej obróbki cieplnej. Ponadto stale charakteryzują się stałymi wartościami modułu sprężystości mi oraz współczynnik Poissona μ, który niezależnie od marki można przyjąć jako równy odpowiednio E=2,1∙10 5 MPa, μ=0,3. Wraz ze wzrostem procentowej zawartości węgla wzrastają właściwości wytrzymałościowe, a plastyczność maleje.

Stale odporne na korozję są odporne na korozję. Jest to duża grupa stali wysokostopowych. Jako pierwiastek stopowy stosuje się chrom (13...25%), czasem nikiel.

Materiały o wysokich właściwościach elastycznych ( wiosna stale) to stale węglowe lub stopowe o wysokiej zawartości węgla (0,5...1,1%).

O jakości stali decyduje zawartość szkodliwych zanieczyszczeń, jednorodność składu chemicznego i struktury. Szkodliwe zanieczyszczenia obejmują siarkę, fosfor, arsen, tlen, azot i wodór. Wtrącenia niemetaliczne w postaci tlenków i siarczków znacznie zmniejszają ciągliwość i sprzyjają kruchemu pękaniu. Ich duże cząstki o wielkości 20 mikronów i większej zmniejszają wytrzymałość i trwałość styku, są niebezpiecznymi koncentratorami naprężeń i pod zmiennymi obciążeniami zmniejszają odporność zmęczeniową części. W tym przypadku ewakuacja stali zmniejsza zawartość gazów, wyrównuje skład chemiczny, a przetapianie elektrożużlowe stali zapewnia identyczne właściwości mechaniczne wzdłuż i w poprzek kierunku walcowania.

Wraz ze wzrostem ilości węgla zwiększa się udział cementytu w strukturze, co komplikuje ruch dyslokacji i odpowiednio rozwój procesów ścinania. W rezultacie wzrasta wytrzymałość, ale plastyczność maleje.

W stali niskostopowej o zawartości węgla do 0,2% po hartowaniu i odpuszczaniu następuje hartowanie i zmniejsza się wrażliwość na koncentratory naprężeń.

Stale niskostopowe utwardzane węglikoazotkiem charakteryzują się wysoką wytrzymałością, ciągliwością i odpornością na zimno.

Rezerwą na poprawę jakości stali jest produkcja peletów metalizowanych, które wyróżniają się czystością i są wolne od szkodliwych zanieczyszczeń. Aby poprawić obrabialność, do stali dodaje się dodatkowo selen, ołów, wapń i tellur.

Postępowymi metodami walcowania śrubowego i poprzecznego, wzdłużno-spiralnego, walcowania na zimno wytwarza się części w postaci korpusów wirujących: wirniki sprężarek, śruby maszyn do rozbioru mięsa, pierścienie i kulki łożyskowe, koła zębate z zębami radełkowanymi, wiertła, śruby, koła łańcuchowe, wały stopniowane, tuleje i półfabrykaty do innych części. W tym przypadku warstwy zewnętrzne uzyskują strukturę włóknistą zorientowaną wzdłuż profilu zęba, twardość wzrasta 1,4 - 1,5 razy, wytrzymałość wzrasta do 25%, a wytrzymałość zmęczeniowa wzrasta do 2,2 razy. Jest to znacznie bardziej wydajne niż toczenie i frezowanie okrągłego przedmiotu.

Opracowano procesy i urządzenia do kucia matrycowego i wytłaczania na półgorąco i na zimno, umożliwiające uzyskanie dokładnego przedmiotu obrabianego. W tym przypadku kierunki włókien pokrywają się z kierunkami naprężeń normalnych.

Tabela 5. Zakres stosowania stali węglowych zwykłej jakości

Stale niskowęglowe Stale 05kp, 08kp, 08ps, 08, 10kp, 10ps, 10, 15kp, 15ps, 15, 20kp, 20ps, 20, 25, 15G, 20G, 25G (GOST 1050-74) są wykorzystywane do produkcji podkładki, nity, kołpaki, śruby, kołnierze, widełki, złącza, tuleje, kliny, armatura wymienników ciepła. Po nawęglaniu i cyjanizacji wykorzystuje się go do produkcji tulei, osi ogniw łańcucha, śrub, nakrętek, wkrętów, kół zębatych, ślimaków, wrzecion, kół łańcuchowych i innych części o dużej twardości i powierzchniach odpornych na zużycie.

Stale cementowe trudnościeralne 15Х, 15ХА, 20Х, 15ХФ, 18ХГ, 20ХН, 12ХН2, 12ХН3А, 20ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 14 Do produkcji ślimaka stosuje się Х2Н3МА, 20ХН2М, 15Н2М, 20Н2М (G OST 4543-71) , wielowypustowe i wałki rozrządu, koła zębate, tuleje, sworznie, osie, wały przekładni, wały przekładni.

Do produkcji śrub i nakrętek stosuje się stale węglowe 5ps i 5sp (GOST 380-88).

Stale z dodatkami tytanowymi 18KHGT, 25KHGM, 25KHGT, 30KHGT, 15KHGN2TA, 15KH2GN2TA, 15KH2GNTRA, 20KHGNTR, 25KH2GNTA skrzynie biegów pojazdów transportowych. Po azotowaniu – rolki bieżne i śruby obrabiarek oraz inne części, od których wymagane jest minimalne odkształcenie.

Stale z mikrododatkami boru 20KhGR, 27KhGR, 20KhNR, 20KhGNR (GOST 4543-71) stosowane są do produkcji przekładni, sprzęgieł kłowych, wałów przekładni, ślimaków, sworzni, rolek i tulei.

Stale węglowe i stopowe 30, 35, 30G, 35G, 40, 45, 40G, 45G, 50G, 50, 55, 40G2, 30Х, 35Х, 40Х, 45Х, 50Х, 30ХРА, 33ХС, 38ХС, 40ХС , 20ХГСА 2, 5KhGSA , 30KhGS, 30KhGSA,35KhGSA (GOST 1050-74) i 30KhN2MA, 38Kh2N2MA (GOST 4543-71) po różnej obróbce cieplnej i chemiczno-termicznej stosowane są do produkcji osi, wałów, śrub, sworzni, ograniczników, pierścieni, podkładek, tuleje, drążki, trawersy, korbowody, wały, wrzeciona, widełki zmiany biegów, koła zamachowe, nakrętki, śruby, koła koronowe, koła zębate, wpusty, zapadki, tarcze cierne, tłoki, sprzęgła, zębatki, wały wielowypustowe i przekładniowe, śruby kotwowe, skrzynia biegów sprzęgła, półosie, części połączeń spawanych, części krytyczne narażone na drgania i obciążenia dynamiczne. Po hartowaniu i odpuszczaniu - pręty, trawersy, dźwignie, cylindry prasowe, elementy złączne, wały, wrzeciona o dużej wytrzymałości

Stale o wysokiej wytrzymałości 38KhN3MFA, 30KhN2MFA, 38KhN3MA, 34KHN1M, 34KHN1MA, 34KHN3M, 34KHN3MA, 35KHN1M2FA (GOST 4543-71) są wykorzystywane do produkcji części skrzyni biegów, śrub, kołków, wałów, osi, kół zębatych, sprzęgieł, szczególnie krytycznych części sprężarki maszyny, wirniki, półsprzęgła i inne szczególnie krytyczne, mocno obciążone części.

Stale konstrukcyjne węglowe 25L, 30L, 40L, 45L, 50L, 55L, 35GL, 30GSL, 40HL, 35KhML, 35KhGSL (GOST 977-75) stosowane są do produkcji łóż walcowni, kół pasowych, trawersów, obudów łożysk, kół zębatych , obudowy skrzyń biegów, wsporniki, belki, koła zamachowe, tarcze hamulcowe, przekładnie, osłony, widły, koła zębate, widły kompresorów, części wciągarek, pierścienie sprzęgające głowic pływających nagrzewnic i wymienników ciepła, sprzęgła maszyn wyciągowych i transportowych, koła jezdne, rolki walcarek wielko-, średnio- i drobnoprofilowych do walcowania miękkiego metalu, tarcz, kół zębatych, krzyżaków, piast, wałów, sprzęgieł kłowych, osi, szczęk kruszarek, dźwigni, kół jezdnych, popychaczy, osi i innych części ogólnej budowy maszyn .

Stale wysokostopowe odporne na korozję 20Х13Л, 15Х13Л, 09Х16Н4БЛ, 09Х17Н3СЛ, 40Х24Н12СЛ, 10Х18Н11БЛ, 12Х18Н12М3ТЛ, 15Х23Н18 Л, 35Х18Н24С2Л (GOST 2176-77 ) służą do produkcji łopatek sprężarek, śrub, elementów złącznych, części narażonych na działanie lekko agresywnego środowiska (para mokra, wodne roztwory soli kwasów organicznych), części o dużej wytrzymałości dla przemysłu spożywczego.

Stale odporne na korozję 30Х13, 40Х13, 14Х17Н2, 12Х17, 15Х17AG14, 10Х14Г14Н4Т, 08Х17Т, 08Х18Т1, 15Х25Т, 15Х28, 08Х22Н6Т, 08Х18Г8Н2Т, 10Х17Н1 3M2T, 10Х17Н13М3Т, 08Х17Н15М3Т, 03Х17Н14М3, 03Х16Н15М3, 03Х16Н15М3Б, 08Х17Н13 М2Т, 11Х11Н2В2МФ, 16Х11Н2В2МФ, 13Х11Н2В2МФ, 31Х 9N9MVB (GOST 5632-72) stosowane są do produkcji narzędzi skrawających, tarcz, wałów, tulei, wyposażenia zakładów przetwórstwa spożywczego, fabryk konserw, przemysłu mięsnego i mleczarskiego, rur urządzeń wymiany ciepła oraz części maszyn sprężarkowych.

Stale żaroodporne 08Х18Н10, 12Х18Н9, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 40Х9С2, 12Х17, 08Х17Т, 08Х18Т1, 15Х18СУ, 15 Х25Т, 15Х28 (GOST 5632-72) stosowane do produkcji wymienników ciepła i wież adsorpcyjnych.

Do produkcji tulei i kół zębatych używana jest stal azotowana 38Х2МУА (GOST 4543-71).

Ulepszone stale 40, 50 (GOST 8479-70) służą do produkcji prętów, szekli, haków, trawersów, osi, sprzęgieł, kół łańcuchowych, cylindrów, dźwigni.

Do produkcji kratownic dźwigowych do suwnic wykorzystuje się stal niskostopową 14G2AF (GOST 19282-73).

Tabela 6. Właściwości fizyczne i mechaniczne

Żelazo ma następujące właściwości:

wyższa rezystywność elektryczna w porównaniu do miedzi i aluminium (około 0,1 μOhm×m), co ogranicza możliwości wykorzystania żelaza jako materiału przewodzącego;

wysokotemperaturowy współczynnik oporu elektrycznego TKr;

wysoka wytrzymałość mechaniczna;

taniość i dostępność materiału;

wysoka przenikalność magnetyczna i wysoka indukcja nasycenia;

Możliwość produkcyjna (można łatwo tłoczyć i obrabiać na wszystkich maszynach do cięcia metalu).

W przypadku prądu przemiennego w stali jako materiale ferromagnetycznym ma to zauważalny wpływ efekt powierzchniowy, dlaczego zgodnie ze znanymi prawami elektrotechniki rezystancja czynna przewodów stalowych na prąd przemienny jest większa niż na prąd stały. Ponadto przy prądzie przemiennym w przewodach stalowych pojawiają się straty mocy spowodowane histerezą.

Zastosowanie żelaza

Żelazo wykorzystuje się do opracowywania stopów żaroodpornych i stopów o wysokiej wytrzymałości, które zawierają żelazo jako niezbędny składnik. Znajduje także zastosowanie w elektrycznych urządzeniach próżniowych jako materiał na anody, ekrany i inne elementy pracujące w temperaturach do 500°C. Jako materiał ferromagnetyczny, żelazo jest głównym i najtańszym składnikiem materiałów magnetycznych. Ze względu na niską oporność elektryczną żelazo wykorzystywane jest do wytwarzania wyrobów przeznaczonych do pracy wyłącznie w stałych polach magnetycznych.

Stać się

Stopy żelazo-węgiel o zawartości węgla do 0,05% nazywane są zwykle żelazem technicznym, o zawartości węgla 0,05... 1,35% - stalami, a o zawartości węgla powyżej 2% - żeliwem. Oprócz węgla stopy żelazo-węgiel zawsze zawierają zanieczyszczenia krzemu, manganu, siarki i fosforu.

Węgiel decyduje o strukturze i właściwościach stali. Wraz ze wzrostem zawartości węgla wzrasta twardość, a lepkość maleje, a także przewodność cieplna i elektryczna.

W stali węglowej oprócz głównego zanieczyszczenia - węgla, zawsze występują trwałe zanieczyszczenia: krzem Si (0,1 ... 0,37%); mangan Mn (0,2...0,8%); siarka S (0,03...0,06%); fosfor P (0,03... ...0,07%).

Krzem pomaga wyeliminować pęcherzyki we wlewku, zwiększa wytrzymałość na rozciąganie i właściwości elastyczne stali, a także zwiększa twardość.

Mangan zwiększa twardość stali i wytrzymałość na rozciąganie, zmniejsza wydłużenie i pogarsza spawalność stali.

Siarka jest szkodliwym zanieczyszczeniem. Obecność siarki w ilościach większych niż dopuszczalne pogarsza wytrzymałość, ciągliwość i odporność na korozję, zwiększa ścieranie i zużycie wyrobów. Fosfor jest również szkodliwym zanieczyszczeniem. Jej zwiększona zawartość powoduje kruchość stali w normalnych temperaturach oraz pojawienie się pęknięć podczas odkształceń udarowych, a także pogarsza właściwości mechaniczne na skutek tworzenia się struktury gruboziarnistej.

Tlen w stali jest zwykle zawarty w tysięcznych procentach. Wraz ze wzrostem zawartości tlenu wzrasta kruchość stali.

Zgodnie z przeznaczeniem stal węglową dzieli się na konstrukcyjną i instrumentalną. Stale konstrukcyjne wykorzystywane są do produkcji części i mechanizmów maszyn. Do produkcji obudów urządzeń półprzewodnikowych stosuje się stal niskowęglową w postaci pasków o grubości od 0,05 do 2,5 mm i szerokości do 400 mm.

W oznaczeniu stali niskowęglowych po słowie „Stal” znajduje się liczba wskazująca zawartość węgla. Na przykład stal 10 (zawartość węgla 0,1%).

Stale zawierające w swoim składzie specjalne zanieczyszczenia nazywane są stopowymi. Obecność pierwiastków stopowych takich jak chrom (X), molibden (M), wolfram (B), wanad (F), tytan (T), nikiel (N) zwiększa twardość i wytrzymałość stali o znacznej ciągliwości i wytrzymałości, oraz zwiększa odporność na korozję, odporność na ciepło, odporność na kwasy i szereg innych właściwości.

Sód

Sód jest obiecującym materiałem przewodzącym o następujących właściwościach:

oporność elektryczna sodu jest 2,8 razy większa niż miedzi i 1,7 razy większa niż aluminium;

niska gęstość (jest lżejsza od wody, jej gęstość jest 9 razy mniejsza niż gęstość miedzi), dlatego druty wykonane z sodu o danej przewodności na jednostkę długości w normalnej temperaturze są znacznie lżejsze niż druty wykonane z dowolnego innego metalu;

aktywny chemicznie (intensywnie utlenia się na powietrzu i gwałtownie reaguje z wodą);

niska wytrzymałość na rozciąganie i inne odkształcenia.

Druty sodowe zamknięte są w osłonach z tworzywa sztucznego (polietylenu), co zwiększa ich wytrzymałość mechaniczną i tworzy izolację elektryczną.

Bimetal

W niektórych przypadkach, aby zmniejszyć zużycie metali nieżelaznych w konstrukcjach przewodzących, korzystne jest zastosowanie tzw. przewodnik bimetaliczny. Jest to stal pokryta z zewnątrz warstwą miedzi, a oba metale są ze sobą trwale i trwale połączone na całej powierzchni styku.

Do produkcji bimetalu stosuje się dwie metody: gorący(w formie umieszcza się półfabrykat stalowy, a szczelinę pomiędzy półwyrobem a ściankami formy wypełnia się roztopioną miedzią; otrzymany półfabrykat bimetaliczny po schłodzeniu poddaje się walcowaniu i przeciąganiu) oraz zimno, Lub elektrolityczny(miedź osadza się elektrolitycznie na drucie stalowym przepuszczanym przez kąpiel z roztworem siarczanu miedzi). Metoda na zimno zapewnia większą jednorodność grubości powłoki miedzianej, ale wymaga znacznego zużycia energii; Ponadto metoda zimna nie zapewnia tak silnej przyczepności warstwy miedzi do stali jak metoda gorąca.

Bimetal ma właściwości mechaniczne i elektryczne, które są pośrednie pomiędzy właściwościami litego przewodnika miedzianego i litego przewodnika stalowego o tym samym przekroju: wytrzymałość bimetalu jest większa niż miedzi, ale przewodność elektryczna jest mniejsza. Bardzo ważne jest umiejscowienie miedzi w warstwie zewnętrznej i stali wewnątrz konstrukcji, a nie odwrotnie: z jednej strony przy prądzie przemiennym uzyskuje się wyższą przewodność całego drutu jako całości, z drugiej strony miedź chroni znajdującą się pod spodem stal przed korozją (z tych samych powodów, dla których jest stosowana, jak i umiejscowienia stali wewnątrz konstrukcji w drutach stalowo-aluminiowych).

Drut ten stosowany jest w liniach komunikacyjnych, liniach energetycznych itp. Szyny zbiorcze do rozdzielnic, listwy do przełączników i różne części przewodzące urządzeń elektrycznych wykonane są z przewodzącego bimetalu.

NADPRZEWODNIKI I KRIOPRZEWODNIKI

Nadprzewodniki. Wraz ze spadkiem temperatury rezystywność R przewodów metalowych maleje. Wyjątkowo interesująca jest kwestia przewodności elektrycznej metali w bardzo niskich (kriogenicznych) temperaturach bliskich zera absolutnego.

W 1911 roku holenderski fizyk H. Kamerlingh Onnes badał przewodność elektryczną metali w temperaturach „helu” (temperatura upłynniania helu pod normalnym ciśnieniem wynosi około 4,2 K; jeszcze niższe temperatury można uzyskać przez odparowanie ciekłego helu). W tym samym czasie Kamerlingh Onnes dokonał zdumiewającego odkrycia: odkrył, że po ochłodzeniu do temperatury w przybliżeniu równej temperaturze skraplania helu, opór zamarzniętego pierścienia rtęciowego nagle gwałtownie spada do niezwykle małej, niemierzalnej wartości.

Zjawisko to, czyli obecność substancji o praktycznie nieskończonej przewodności, nazwano nadprzewodnictwo, temperatura Tс, po ochłodzeniu, do którego substancja przechodzi w stan nadprzewodzący, - temperatura przejścia w nadprzewodnictwo i substancje przechodzące w stan nadprzewodzący - nadprzewodniki.

Przejście do stanu nadprzewodzącego jest odwracalne; gdy temperatura wzrośnie do określonej wartości Ts nadprzewodnictwo zostaje przerwane i substancja przechodzi w stan normalny o skończonej wartości przewodności właściwej G .

Obecnie znanych jest już 35 metali nadprzewodzących i ponad tysiąc stopów nadprzewodzących oraz związków chemicznych różnych pierwiastków. Jednocześnie wiele substancji, także tych o bardzo małych wartościach R W normalnych temperaturach metale takie jak srebro, miedź, złoto, platyna i inne, w najniższych obecnie osiąganych temperaturach (około milikelwinów) nie mogły zostać przeniesione w stan nadprzewodzący.

Zjawisko nadprzewodnictwa polega na tym, że prąd elektryczny raz zaindukowany w obwodzie nadprzewodzącym będzie krążył po tym obwodzie przez długi czas (lata) bez zauważalnego spadku jego natężenia, a co więcej, bez dopływu energii z zewnątrz (oczywiście jeśli nie uwzględnić nieuniknionego zużycia energii na pracę urządzenia chłodzącego, które musi utrzymać temperaturę obwodu nadprzewodzącego poniżej wartości Ts, charakterystyczne dla danego materiału nadprzewodzącego).

Taki obwód nadprzewodzący wytwarza pole magnetyczne w otaczającej przestrzeni, niczym magnes trwały. Dlatego nadprzewodzący elektromagnes napędzany prądem elektrycznym musi być elektromagnesem nadprzewodzącym, który nie wymaga zasilania ze źródła prądu. Jednakże wstępne próby wyprodukowania praktycznie nadającego się do użytku elektromagnesu nadprzewodzącego, który wytwarza w otaczającej przestrzeni pole magnetyczne o wystarczająco dużym natężeniu N i indukcja magnetyczna W, zakończyło się fiaskiem. Okazało się, że nadprzewodnictwo zostaje zakłócone nie tylko wtedy, gdy temperatura wzrośnie do wartości przekraczających Ts, ale także wtedy, gdy na powierzchni nadprzewodnika pojawi się pole magnetyczne o indukcji magnetycznej przekraczającej indukcję przejścia Pne.

Ryż. 1. Ogólny widok diagramu fazowego nadprzewodnika typu I

Ilustruje to diagram stanu nadprzewodnika pokazany na rys. 1. Każda wartość temperatury T dany materiał w stanie nadprzewodzącym odpowiada jego wartości indukcji przejścia Słońce. Najwyższa możliwa temperatura przejścia Tc0(temperatura krytyczna) danego materiału nadprzewodzącego osiągana jest przy znikomej indukcji magnetycznej, czyli jak na elektromagnes nadprzewodzący, przy bardzo niskim prądzie płynącym przez uzwojenie tego elektromagnesu. W związku z tym największa możliwa wartość W c0 Indukcja magnetyczna przejścia (krytyczna indukcja magnetyczna) odpowiada temperaturze nadprzewodnika, która nieznacznie różni się od zera Kelvina. Zacieniony obszar OPQ na ryc. 1 odpowiada stanowi nadprzewodzącemu, a niezacieniony obszar poza krzywą PQ odpowiada normalnemu stanowi materiału. Jeżeli materiał pracuje w temperaturze i indukcji magnetycznej odpowiadającej punktowi X na diagramie fazowym, to nadprzewodnictwo może zostać zakłócone poprzez ogrzewanie (przejście przez krzywą PQ w punkcie Y), zwiększenie indukcji magnetycznej (przejście przez krzywą PQ w punkcie Z) , a także w ogólnym przypadku i jednoczesnej zmianie jak T, Więc W, co powoduje przejście materiału do stanu normalnego (krzywa PQ przecina się w dowolnym punkcie).

Ryż. 2. Diagramy stanu elementarnych nadprzewodników typu I dla najbardziej znanych pierwiastków

Ryż. 3. Pole magnetyczne z wprowadzonym do niego nadprzewodnikiem

W 1933 roku niemieccy fizycy W. Meisner i R. Ochsenfeld odkryli, że nadprzewodniki po przejściu do stanu nadprzewodzącego stają się idealnymi materiałami diamagnetycznymi, tj. ich przenikalność magnetyczna M nagle spada z M= 1 do M= 0. Dlatego zewnętrzne pole magnetyczne nie przenika przez ciało nadprzewodzące. Jeżeli przejście materiału w stan nadprzewodzący następuje w polu magnetycznym, wówczas pole to jest „wypychane” z nadprzewodnika (ryc. 3.).

Znane nadprzewodniki mają bardzo niskie krytyczne temperatury przejścia Ts. Dlatego urządzenia wykorzystujące nadprzewodniki muszą działać w warunkach chłodzenia ciekłym helem (temperatura skraplania helu pod normalnym ciśnieniem wynosi około 4,2 K). Komplikuje to i zwiększa koszty produkcji i eksploatacji materiałów nadprzewodzących.

Oprócz rtęci nadprzewodnictwo jest nieodłącznym elementem innych czystych metali (pierwiastków chemicznych) oraz różnych stopów i związków chemicznych. Jednak metali takich jak srebro i miedź nie można było przekształcić w stan nadprzewodzący w najniższych obecnie osiąganych temperaturach.

Materiały nadprzewodzące dzielą się na na miękkie i twarde.

Nadprzewodniki miękkie obejmują czyste metale, z wyjątkiem niobu, wanadu i telluru.

Główną wadą miękkich nadprzewodników jest niska wartość krytycznej indukcji pola magnetycznego W c0. Stan nadprzewodnictwa w tych materiałach zanika już w słabych polach magnetycznych przy małych gęstościach prądu.

W stronę nadprzewodników stałych obejmują stopy o zniekształconych sieciach krystalicznych. Zachowują nadprzewodnictwo nawet przy stosunkowo dużych gęstościach prądu i silnych polach magnetycznych. Właściwości nadprzewodników stałych odkryto w połowie naszego stulecia i do dziś problematyka ich badań i zastosowań stanowi jeden z najważniejszych problemów współczesnej nauki i techniki.

Nadprzewodniki stałe mają szereg cech:

po ochłodzeniu przejście do stanu nadprzewodzącego nie następuje nagle, jak w przypadku nadprzewodników miękkich, ale w pewnym przedziale temperatur;

Niektóre nadprzewodniki stałe mają nie tylko stosunkowo wysokie krytyczne temperatury przejścia T, ale także stosunkowo wysokie wartości krytycznej indukcji magnetycznej W c0;

gdy zmienia się indukcja magnetyczna, można zaobserwować stany pośrednie między nadprzewodnictwem a stanem normalnym;

mają tendencję do rozpraszania energii, gdy przepływa przez nie prąd przemienny;

zależność właściwości nadprzewodnictwa od technologicznych sposobów wytwarzania, czystości materiału i doskonałości jego struktury krystalicznej.

Ze względu na właściwości technologiczne nadprzewodniki stałe dzielą się na następujące typy:

1) stosunkowo łatwo odkształcalny, z którego można wykonać druty i taśmy [niob, stopy niobu z tytanem (Nb-Ti), wanad-gal (V-Ga)];

2) trudne do odkształcenia ze względu na kruchość, z którego wytwarza się wyroby metodami metalurgii proszków (materiały międzymetaliczne takie jak cyniak niobu Nb, Sn).

Często przewody nadprzewodzące powlekane są „stabilizującą” powłoką z miedzi lub innego metalu, która dobrze przewodzi prąd i ciepło, co pozwala uniknąć uszkodzenia materiału podstawowego nadprzewodnika w przypadku przypadkowego wzrostu temperatury. W niektórych przypadkach stosuje się kompozytowe druty nadprzewodzące, w których duża liczba cienkich nadprzewodników włóknistych jest zamknięta w masywnej powłoce z miedzi lub innego materiału nieprzewodzącego.

Nadprzewodniki stosuje się do budowy: maszyn elektrycznych i transformatorów o małej masie i rozmiarach, ale o dużej sprawności; linie kablowe do przesyłania energii dużej mocy na duże odległości; falowody o szczególnie niskim tłumieniu; urządzenia do magazynowania energii i urządzenia pamięci; soczewki magnetyczne do mikroskopów elektronowych; cewki obwodów drukowanych. W oparciu o nadprzewodniki foliowe stworzono szereg urządzeń pamięci masowej oraz elementów automatyki i techniki komputerowej. Uzwojenia elektromagnesów wykonane z nadprzewodników pozwalają uzyskać maksymalne możliwe wartości natężenia pola magnetycznego.

Właściwości niektórych materiałów nadprzewodzących podano w tabeli. 3.9.

Krioprzewodniki. Oprócz zjawiska nadprzewodnictwa, we współczesnej elektrotechnice coraz częściej wykorzystuje się zjawisko krioprzewodnictwa (dawniej zwanego nadprzewodnictwem), czyli uzyskiwania przez metale bardzo niskiej wartości rezystywności w temperaturach kriogenicznych (ale bez przejścia w stan nadprzewodnictwa). . Metale posiadające tę właściwość nazywane są krioprzewodnikami.

Fizycznie zjawisko krioprzewodnictwa nie jest podobne do zjawiska nadprzewodnictwa.

Gęstość prądu w krioprzewodnikach w temperaturach roboczych jest tysiące razy większa niż gęstość prądu w nich w normalnych temperaturach, co determinuje ich zastosowanie w wysokoprądowych urządzeniach elektrycznych, którym stawiane są wysokie wymagania w zakresie niezawodności i bezpieczeństwa przeciwwybuchowego.

Zastosowanie krioprzewodników w maszynach elektrycznych, kablach itp. ma znaczną przewagę w porównaniu z nadprzewodnikami. Jeżeli jako czynnik chłodzący w urządzeniach nadprzewodzących stosuje się ciekły hel, działanie krioprzewodników zapewniają wyżej wrzące i tańsze czynniki chłodnicze – ciekły wodór, a nawet ciekły azot. Upraszcza to i zmniejsza koszty produkcji i eksploatacji urządzenia. Należy jednak wziąć pod uwagę trudności techniczne, jakie pojawiają się przy stosowaniu ciekłego wodoru, który przy określonym stosunku składników tworzy z powietrzem mieszaninę wybuchową.

Jako krioprzewodniki stosuje się miedź, aluminium, srebro i złoto.

Czyste żelazo to srebrzystobiały metal. Liczba atomowa 26, masa atomowa 55,85. Czyste żelazo, które można otrzymać, zawiera obecnie 99,999% Fe. Temperatura topnienia żelaza wynosi 1539°C. Właściwości magnetyczne żelaza silnie zależą od jego czystości i warunków technicznych przetwarzania.

3.1.Stal

Jest to stop wieloskładnikowy zawierający węgiel oraz szereg trwałych lub nieuniknionych zanieczyszczeń: Mn, Si, S, O, N, H itp., które wpływają na jego właściwości. Obecność tych zanieczyszczeń tłumaczy się trudnością usunięcia części z nich podczas wytapiania (P, S), ich przejścia do stali podczas jej odtleniania (Mn, Si) lub z wsadu – złomu metali stopowych (Cr, Ni itp.). ).

Stale konstrukcyjne i stopy.

Stale konstrukcyjne to stale stosowane do produkcji części maszyn, konstrukcji i konstrukcji. Stale konstrukcyjne mogą być stalami węglowymi i stopowymi.

Stal konstrukcyjna musi także charakteryzować się dobrymi właściwościami technologicznymi: być dobrze obrabianą przez tłoczenie i cięcie, nie ulegać pęknięciom szlifierskim, posiadać wysoką hartowność oraz małą skłonność do odwęglania, odkształcania i pękania podczas hartowania.

Stale konstrukcyjne węglowe.

Węglowe stale konstrukcyjne dzielą się na dwie klasy: stale zwykłe i wysokogatunkowe. W zależności od warunków i stopnia odtleniania wyróżnia się kilka rodzajów stali.

Uspokoili się. Stale te, otrzymywane poprzez całkowite odtlenienie metalu w piecu, a następnie w kadzi, zawierają minimalną ilość tlenku żelazawego, co zapewnia „spokojne” krzepnięcie metalu w formie, które następuje wraz ze zmniejszeniem objętości.

Wrząca stal. Ten typ obejmuje stale, które są całkowicie nieodtlenione i dlatego zawierają zwiększoną ilość FeO przed zestaleniem. W porównaniu do stali miękkiej i półmiękkiej są one bardziej podatne na starzenie i kruchość na zimno oraz są mniej spawalne. Ale jednocześnie stale wrzące mają wysoką ciągliwość i dobrze tolerują ciągnienie w stanie zimnym.

Półcicha stal. Są to stale pośrednie. Są coraz częściej stosowane.

Stal zwykłej jakości. Te najtańsze stale są szeroko stosowane. W procesie wytapiania, w porównaniu ze stalami wysokiej jakości, są one mniej oczyszczane ze szkodliwych zanieczyszczeń i zawierają więcej siarki i fosforu.

Do mniej krytycznych celów wykorzystuje się stale zwykłej jakości, wytwarza się z nich zwykłe wyroby walcowane na gorąco: belki, pręty, kątowniki, ceowniki, a także blachy, rury i odkuwki pracujące przy stosunkowo niskich naprężeniach. Znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie oraz innych konstrukcjach spawanych, nitowanych i skręcanych.

Wysokiej jakości stale węglowe. Stale te wytapia się metodą konwertorową w piecach martenowskich lub elektrycznych. Wysokiej jakości stale węglowe mogą być niskowęglowe, średniowęglowe i wysokowęglowe.

W krytycznych konstrukcjach spawanych stosowane są również niskowęglowe stale wysokiej jakości. Wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali, spawalność ulega pogorszeniu. Im więcej węgla jest w stali, tym większa jest tendencja do tworzenia pęknięć na gorąco i na zimno podczas spawania.

Stale średniowęglowe po normalizacji, ulepszaniu i utwardzeniu powierzchniowym stosuje się na szeroką gamę części we wszystkich gałęziach inżynierii mechanicznej. Stale te w stanie znormalizowanym w porównaniu do stali niskowęglowych charakteryzują się wyższą wytrzymałością przy niższej ciągliwości.

Stale wysokowęglowe mają wyższą wytrzymałość, odporność na zużycie i właściwości elastyczne; stosowany po hartowaniu i odpuszczaniu oraz utwardzaniu powierzchniowym na części pracujące w warunkach tarcia w obecności wysokich statycznych obciążeń wibracyjnych. Z tych stali wykonane są sprężyny i sprężyny, wrzeciona, podkładki zabezpieczające i rolki toczne.

Stale automatyczne.

Stale automatyczne są dobrze przetwarzane przy dużych prędkościach skrawania, co skutkuje wysoką jakością powierzchni. Właściwości te uzyskuje się poprzez zwiększenie zawartości siarki i fosforu w stalach automatycznych.

Fosfor, zwiększając twardość, wytrzymałość i próg kruchości na zimno, sprzyja tworzeniu się kruchych wiórów i gładkiej, błyszczącej powierzchni podczas cięcia.

Stale o dużej zawartości siarki charakteryzują się dużą anizotropią właściwości mechanicznych, są podatne na kruche pękanie i mają obniżoną granicę wytrzymałości. Nie można ich zalecać do mocno obciążonych części krytycznych.

Stale konstrukcyjne niskostopowe.

Stale niskostopowe to stale zawierające nie więcej niż 0,22% węgla i stosunkowo niewielką ilość niedoborowych pierwiastków stopowych. Stale te w postaci arkuszy i kształtowników stosowane są w budownictwie i budowie maszyn na konstrukcje spawane, głównie bez dodatkowej obróbki cieplnej.

Stale niskostopowe nie tworzą pęknięć zimnych i gorących podczas spawania.

Konstrukcyjne stale stopowe nawęglane.

W przypadku wyrobów cementowych stosuje się stale niskowęglowe. Wzrost rzeczywistego ziarna w warstwie cementowanej po obróbce cieplnej powoduje zmniejszenie wytrzymałości kontaktowej, wytrzymałości granicznej, odporności na kruche pękanie oraz wzrost odkształceń procesowych.

Stale chromowe. Chrom jest szeroko stosowany do stali stopowej. Stale chromowe przeznaczone są do wytwarzania drobnych wyrobów o prostych kształtach. Stale chromowe w porównaniu do stali węglowych mają wyższe właściwości wytrzymałościowe przy nieco mniejszej ciągliwości w rdzeniu i lepszej wytrzymałości w warstwie cementowej. Stal chromowa jest wrażliwa na przegrzanie. Hartowność stali chromowych jest niska.

Stale chromowo-wanadowe. Dodatek stali chromowej z wanadem poprawia właściwości mechaniczne. Ponadto stale chromowo-wanadowe są mniej podatne na przegrzanie. Ze względu na niską hartowność stosuje się je tylko do stosunkowo małych wyrobów.

Stale chromowo-niklowe. W przypadku dużych, krytycznych części, które podczas pracy podlegają znacznym obciążeniom dynamicznym, stosuje się stal chromowo-niklową i bardziej złożone stale stopowe.

Jednoczesne dodawanie stopu chromu i niklu, który rozpuszcza się w ferrycie, zwiększa wytrzymałość, ciągliwość i udarność rdzenia i warstwy cementowej.

Stale chromowo-niklowe są mało wrażliwe na przegrzanie podczas długotrwałego nawęglania i nie są podatne na przesycanie warstw wierzchnich węglem. Większa stabilność przechłodzonego austenitu w obszarze przemian perlitycznych i pośrednich zapewnia wysoką hartowność stali chromowo-niklowej.

Dodanie stali stopowych chromowo-niklowych z wolframem dodatkowo zwiększa hartowność. Takie stopy są stosowane do dużych, mocno obciążonych części.

Stale chromowo-manganowe. Mangan jest stosowany jako substytut niklu. Zwiększając stabilność austenitu, mangan zmniejsza krytyczną szybkość hartowania i zwiększa hartowność stali.

W wielu przypadkach zamiast drogich stali chromowo-niklowych stosuje się stale chromowo-manganowe. Jednakże stale te są mniej odporne na przegrzanie i mają niższą lepkość w porównaniu do stali chromowo-niklowych.

Stale chromowo-manganowe znajdują zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, traktorowym, a także w budowie obrabiarek.

Stale chromowo-manganowo-niklowe. Zwiększenie hartowności i wytrzymałości stali chromowo-manganowych uzyskuje się poprzez ich dodatkowe stopowanie niklem. Stale te swoimi właściwościami mechanicznymi i technologicznymi są zbliżone do stali chromowo-niklowych.

Stale stopowe boru. Bor zwiększa hartowność stali. Dodatek bromu zwiększa właściwości wytrzymałościowe po hartowaniu i odpuszczaniu, bez zmiany lub nieznacznego zmniejszenia wytrzymałości i ciągliwości. Bor sprawia, że ​​stal jest wrażliwa na przegrzanie. Dodanie stali borowej do tytanu zwiększa jej odporność na przegrzanie. Dodatkowe stopowanie stali niklem zwiększa hartowność, ciągliwość i wytrzymałość.

Stale stopowe nadające się do ulepszania konstrukcyjnego.

Ulepszone stale konstrukcyjne to stale stosowane po hartowaniu i wysokim odpuszczaniu.

Stale chromowe. W przypadku średnio obciążonych małych części stosuje się stale chromowe. Wraz ze wzrostem zawartości węgla wzrasta wytrzymałość, ale plastyczność i wytrzymałość maleją. Hartowność stali chromowych jest niska.

Wprowadzenie 0,1 - 0,2% wanadu zwiększa właściwości mechaniczne stali chromowych, głównie wytrzymałość. Stale te stosowane są na wyroby pracujące pod zwiększonymi obciążeniami dynamicznymi.

Wprowadzenie boru zwiększa hartowność stali chromowych, ale nieznacznie zwiększa próg kruchości na zimno. Hartowność stali z borem jest stosunkowo wysoka.

Stale chromowo-manganowe. Łączenie stopowe chromem i manganem pozwala na otrzymanie stali o odpowiednio dużej wytrzymałości i hartowności. Jednakże stale chromowo-manganowe mają zmniejszoną wytrzymałość, podwyższony próg kruchości na zimno i tendencję do kruchości odpuszczania. Wprowadzenie tytanu sprawia, że ​​stal chromowo-manganowa jest mniej podatna na przegrzanie, a bor zwiększa hartowność.

Stale chromowo-krzemowo-manganowe (chromansil). Stale te charakteryzują się wysoką wytrzymałością i dobrą spawalnością. Stale Chromansil stosuje się w postaci blach i rur do krytycznych konstrukcji spawanych (na przykład w budowie samolotów).

Stale chromowo-niklowe. Stale te charakteryzują się wysoką hartownością, dobrą wytrzymałością i wytrzymałością. Stosowane są do wytwarzania dużych wyrobów o skomplikowanych konfiguracjach, pracujących pod wpływem wibracji i obciążeń dynamicznych. Im wyższa zawartość niklu, tym niższa dopuszczalna temperatura stosowania stali i tym większa jej odporność na kruche pękanie.

Stale chromowo-niklowo-molibdenowe. Aby zapobiec tendencji do odwracalnej kruchości odpuszczania, stale chromowo-niklowe domieszkuje się dodatkowo molibdenem lub wolframem.

Stale chromowo-niklowo-molibdenowo-wanadowe. Często oprócz molibdenu do stali chromowo-niklowej dodaje się wanad, co pomaga uzyskać drobnoziarnistą strukturę. Stale te charakteryzują się wysoką wytrzymałością i niską kruchością na zimno. Molibden obecny w stali zwiększa jej pojemność cieplną.

Wadą wysokostopowych stali chromowo-niklowo-molibdenowo-wanadowych jest trudność ich skrawania oraz duża skłonność do tworzenia się płatków. Stale wykorzystuje się do produkcji najważniejszych części turbin i maszyn sprężarkowych, które w dużych przekrojach wymagają materiału o specjalnej wytrzymałości.

Maraging stale o wysokiej wytrzymałości.

Stale maraging to stopy żelaza z niklem (8 - 20%), a często z kobaltem. Aby przeprowadzić proces starzenia w martenzycie, stopy są dodatkowo domieszkowane Ti, Be, Al, Nb, W, Mo.

Nikiel i kobalt sprzyjają utwardzaniu wydzieleniowemu i jednocześnie zwiększają odporność na kruche pękanie.

Chrom wzmacnia martenzyt stali Fe – Ni – Ti i Fe – Ni – Al podczas starzenia i zwiększa odporność na korozję.

Stale maraging znajdują zastosowanie w przemyśle lotniczym, rakietowym, stoczniowym, przy budowie przyrządów, przy produkcji przyrządów na elementy elastyczne oraz w technologii kriogenicznej.