Материаловедение стали и чугуны: Чугуны материаловедение | Справочник конструктора-машиностроителя

alexxlab | 27.08.1994 | 0 | Разное

Материаловедение.Стали и чугуны

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

Цель : Ознакомиться с устройством металлографического микроскопа и приобрести практические навыки работы на нем; ознакомиться с процессом приготовления микрошлифов; проведение микроанализа углеродистых сталей и чугунов; приобретение навыков зарисовки микроструктур металлов и сплавов.

Оборудование и материалы: Металлографический микроскоп, набор микрошлифов углеродистых сталей и чугунов, фотоснимки микрошлифов.

Программа :

1. Ознакомиться с устройством металлографического микроскопа;

2. Приобрести практические навыки работы на микроскопе;

3. Ознакомиться с процессом приготовления микрошлифов;

4. Провести микроанализ углеродистых сталей;

5. Зарисовать микроструктуру углеродистых сталей;

6. Провести микроанализ чугунов;

7. Зарисовать микроструктуру чугунов;

8. Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе

Ход занятия

1. Ознакомиться с устройством металлографического микроскопа .

2. Зарисовать его оптическую схему (рисунок1).

Рисунок 1 – Оптическая схема металлографического микроскопа

3. Ознакомиться с процессом приготовления микрошлифов.

4. Описать процесс приготовления микрошлифов.

Для получения микрошлифа поверхность образца шлифуют, полируют, а затем протравливают химически активными веществами. Целью шлифования и полирования является получение поверхности шлифа без рисок рельефов и деформаций. Шлифуют абразивными шкурками, соблюдая последовательность перехода от грубо к мелкозернистым шкуркам. Для полирования используют мелкий абразив, смешанный с жидкостью, например оксиды хрома или алюминия, смешанные с водой. Периодически шлиф поворачивают на 90⁰ , промывают, просушивают. Затем шлифы протравливают. Для сталей и чугунов применяют 4% раствор азотной кислоты НNO₃ в этиловом спирте C₂H₅OH . Из-за различия свойств зерен, а также пограничных участков происходит избирательное травление вещества, в результате чего на шлифе образуется рельеф. При попадании на него лучей происходит отражение различной интенсивности и создается картина структуры шлифа.

5. Исследовать микроструктуру шлифа углеродистых сталей (доэвтектоидных, эвтектоидных и заэвтектоидных) под микроскопом.

6. Зарисовать видимые под микроскопом микроструктуры в круге диаметром 50 мм и указать структурные составляющие.

а – доэвтектоидные стали б – эвтектоидные стали в – заэвтектоидные стали

Рисунок 2 – Микроструктура углеродистых сталей

7. Описать структурные составляющие исследуемых сталей.

8. Исследовать микроструктуру шлифа чугунов (серых, ковких и высокопрочных) под микроскопом.

9. Зарисовать видимые под микроскопом микроструктуры в круге диаметром 50 мм и указать структурные составляющие .

а – серый чугун б – ковкий чугун в—высокопрочный чугун

Рисунок 3 – микроструктура чугунов

10. Выводы

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #

  08.05.2019664.58 Кб0Матер.doc

• #

  28.08.20193 Mб3Материал для диплома энергетики.doc

• #

  09.11.201951.55 Кб2Материал к Практика1.docx

• #

  24.11.2018198.66 Кб4материал по социологии.doc

• #

  03.03.201646.65 Mб107Материаловедение. Конспект лекций.doc

• #

  03.03.201641.47 Кб24Материаловедение.Стали и чугуны.doc

• #

  03.03.201670.14 Кб15Материаловедение.Твёрдость.doc

• #

  03.03.201633.79 Кб17Материаловедение.Термообработка.doc

• #

  03.03.201628.67 Кб17Материаловедение.Цветные металлы.doc

• #

  21.11.20182.08 Mб1Материалы для подготовки и сдачи ПК2.docx

• #

  26.08.20191.44 Mб0материалы к ЕГЭ.doc

Общие сведения о производстве чугуна и стали

Общие сведения о производстве чугуна и стали

Производство чугуна. Сырьем для производства черных металлов является железная руда. Из нее вначале получают чугун, а затем в специальных печах, уменьшая содержание углерода, из чугуна выплавляют сталь.

Для производства чугуна служат доменные печи, которые по принципу действия не отличаются от шахтных печей.

Железные руды представляют собой природную смесь окислов железа, например Ре20з (красный железняк), с горной породой. Задача доменного процесса сводится к тому, чтобы из окислов железа получить чистое железо, т.е. восстановить его. Роль восстановителя выполняет углерод (кокс).

Восстановленное железо в нижних слоях печи вступает во взаимодействие с углеродом, образуя карбид железа — основной химический компонент чугуна.

Одновременно углерод восстанавливает и другие вещества: марганец, кремний, фосфор, серу, -содержащиеся в руде. Карбид железа вместе с этими веществами и представляет собой чугун.

Для понижения температуры плавления пустой породы в печь загружаются флюсы (обычно известняк).

В результате взаимодействия пустой породы с флюсами образуются легкоплавкие соединения (шлаки). Обладая меньшим удельным весом, шлаки располагаются выше жидкого чугуна и по мере накопления удаляются через шлаковую летку, после чего сливают чугун.

В результате доменного процесса получают чугун, шлак и доменный (колошниковый) газ, который используется в качестве топлива на металлургических заводах.

Чугуны в зависимости от свойств и назначения подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод находится в химически связанном состоянии с железом, а в серых — часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита.

Рис. 1. Доменная печь: 1 — верхняя часть печи (колошник), 2 — загрузочный аппарат, 3 — газоотводные трубы, 4 — шахта печи, 5 — цилиндрическая часть печи (распор), 6 — нижняя конусная часть печи (заплечики), 7 — горн, 8 — отверстие для выпуска шлака, 9 — отверстие для выпуска чугуна, 10 — кольцевая труба для подачи воздуха

Белые чугуны в основном переплавляются на сталь, поэтому их называют еще передельными — Серые чугуны (или литейные) обладают высокими литейными свойствами и их используют для отливки строительных изделий.

Производство стали. Процесс выплавки стали заключается в уменьшении содержания вредных примесей (серы, фосфора), углерода, кремния и марганца в чугуне.

Рис. 2. Конвертер: 1 — вращающийся грушевидный сосуд, 2 — футеровка, 3 — воздухопровод, 4 — трубки для подачи воздуха в конвертер, 5 — днище конвертера, 6 и 7 — рейка и зубчатое колесо для поворота конвертера

Основным сырьем при производстве сталей служат передельный чугун и стальной лом.

В настоящее время различают три способа производства стали: конвертерный, мартеновский и электроплавильный.

При конвертерном способе производства стали расплавленный чугун продувается сжатым воздухом. При этом кислород взаимодействует, с примесями, окисляет их и переводит в шлак.

Конвертер представляет собой грушевидный сосуд, поворачивающийся вокруг горизонтальной оси для заливки чугуна и выпуска стали. Емкость конвертера достигает 35 г. и более. Качество конвертерной стали уступает мартеновской, так как она содержит пузырьки воздуха, образующиеся при продувке, а также фосфор и серу, повышающие хрупкость стали. Это ограничивает ее применение для конструкций, подвергающихся ударным нагрузкам (подкрановые балки, мосты).

Из конвертерной стали готовят прокатные профили, листовую сталь, трубы и др.

Рис. 3. Мартеновская печь: 1 — свод. 2 — под, 3 — отверстия для загрузки печи, 4 — воздушные каналы

В настоящее время благодаря достоинствам конвертерного способа — высокой производительности и низкой стоимости стали — изыскиваются пути повышения качества конвертерной стали с тем, чтобы этот способ стал основным в сталелитейной промышленности. Одним из средств повышения качества конвертерной стали является применение кислородного дутья.

Мартеновский способ отличается от конвертерного выплавкой стали на поду пламенной мартеновской печи. Печь имеет свод, отражающий тепловой поток на материал, расплавляя его. Для получения требуемой температуры в печи сжигают газ. Устройство современной мартеновской печи показано на рис. 3.

Сырьем при мартеновском способе служат чугун и стальной лом. Возможность использовать стальной лом является большим преимуществом мартеновского способа.

В мартеновскую печь последовательно загружают стальной лом, флюсы и чугун. Флюсы и образующаяся при окислении железа FeO вступают в химическую реакцию с вредными примесями и переводят их в шлак, который всплывает, скапливаясь на поверхности стали. В результате взаимодействия с вредными примесями переходит в железо.

В настоящее время достиг, нуты огромные успехи в области сталеварения. Применение кислородного дутья позволило значительно увеличить производительность мартеновских печей.

При мартеновском способе не только используют стальной лом, но и получают высококачественные стали требуемого химического состава и свойств. Эти стали применяются для изготовления наиболее ответственных строительных конструкций ферм, мостов, подкрановых балок, рельсов для железных дорог и т. д.

Электроплавка. Специальные легированные стали высокого качества получают в электрических печах. Наиболее распространены дуговые печи, в которых материалы плавятся за счет тепла электрической дуги, образующейся между электродами и металлом.

Процесс получения стали в электропечах аналогичен мартеновскому способу, но в этом случае нет надобности в топливе и воздухе для его сжигания.

Стоимость электростали значительно выше конвертерной и мартеновской. Это объясняется значительным расходом электроэнергии (на выплавку 1 т стали расходуется до 1000 квт-ч электроэнергии). Однако высокое качество электростали определяет большое будущее этого способа сталеварения.

Читать далее:
Общие сведения о железобетоне
Асбестоцементные изделия
Изделия на основе гипса
Тяжелые бетоны специального назначения
Искусственные каменные материалы и изделия на основе вяжущих веществ
Битуминозные кровельные и гидроизоляционные материалы
Асфальтовые и дегтевые растворы и бетоны
Дегти и пеки
Природные битумы
Битуминозные материалы

В чем разница между железом, сталью и чугуном? (Properties, Applications, and Metallurgy) – Materials Science & Engineering

Черная металлургия меня интересовала более десяти лет, когда я прочитал кучу научных статей о мечах для своего первого открытого проекта в средней школе. У меня возникает искушение поэтично восхвалять сплавы железа, но я приберегу это для другой статьи. Вы просто хотите знать основные различия между железом, сталью и чугуном: так что я перейду к делу.

Разница между железом, сталью и чугуном заключается в количестве углерода, присутствующего в материале. Чистое железо не содержит углерода, сталь представляет собой любой сплав железа с содержанием углерода до 2 весовых процентов (вес.%), а чугун представляет собой любой сплав железа с содержанием углерода более 2 вес.%. На практике сплавы железа редко содержат более 4 мас.% углерода.

Теперь, когда вы знаете определения железа, стали и чугуна, давайте поговорим о том, почему небольшое количество углерода имеет такое значение.

Описание

• Черная металлургия: абсолютные основы
• Свойства железа, стали и чугуна
• Применение железа, стали и чугуна
• Заключительные мысли и дополнительное чтение

Черная металлургия: Абсолютные основы

Черная металлургия — это всего лишь изучение железа и его сплавов. Металлургия, как правило, делится на «черную» и «цветную», потому что сталь является таким важным металлом.

Мало того, что сталь обладает одними из лучших механических свойств среди всех материалов, она также дешева и имеет сложный химический состав. Инженеры могут кардинально изменить свойства стали, изменив состав и методы обработки.

В этой статье будет показано, как небольшие изменения в содержании углерода могут привести к таким разным результатам.

Чистое железо или феррит (феррит означает его кристаллическую структуру ОЦК, что верно при комнатной температуре) представляет собой единую фазу, содержащую только атомы железа. В зависимости от температуры железо может растворять очень небольшие количества углерода, превращаясь в твердый раствор внедрения.

При добавлении нетривиальных количеств углерода к чистому железу получается сталь . Сталь имеет смесь Fe (железо) и Fe ₃ С (цементит). Чистый цементит очень прочен, но хрупок. Но если цементит окружить пластичным ⍺-железом, полученная смесь остается пластичной, но резко возрастает в прочности.

Стали с более высоким содержанием углерода имеют более высокую долю цементита. Это делает их более прочными, но менее пластичными. В какой-то момент они полностью теряют пластичность.

Сплавы железа с содержанием углерода в количестве, достаточном для полной потери пластичности, называются чугуном . Обычно это означает, что в нем содержится более 8,67 ат.% (2 мас.%) углерода. При таком количестве углерода литейные сплавы обычно имеют все 3 фазы: феррит (Fe), цементит (Fe ₃ С) и графит (С).

Различный баланс фаз в железе, стали и чугуне обуславливает их очень разные свойства.

Свойства железа, стали и чугуна

Эти три материала могут иметь очень широкий спектр свойств. В этой статье я говорю только о влиянии углерода — поскольку именно он отличает железо, сталь и чугун, — но в реальных сплавах может быть дюжина других элементов.

Даже если мы придерживаемся основных составов железа и углерода, материалы могут вести себя очень по-разному в зависимости от того, как они обрабатываются. Например, закалка стали может вызвать 9Вместо феррита образуется мартенсит 0055 . Сейчас это не важно знать, кроме как продемонстрировать, что не существует «универсальной стали» с определенными свойствами.

Чтобы напугать вас, несколько типов сплавов железа: ТРИП-сталь, заэвтектоидная сталь, доэвтектоидная сталь, инструментальная сталь, нержавеющая сталь, аустенитная сталь, серый чугун, белый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун.

Однако я могу сделать общие выводы о свойствах этих материалов.

Например, чистое железо намного слабее стали и чугуна . Выделения цементита намного прочнее феррита.

С другой стороны, чугун намного более хрупок, чем сталь или чистое железо . В стали наличие хрупких выделений не так уж плохо, потому что трещина должна пройти большое расстояние, чтобы соединить эти выделения. В чугуне цементитная фаза более непрерывна, поэтому, если где-то начинается трещина, она быстро проходит через всю цементитную фазу.

Кроме того, наличие графита в чугуне означает, что материал непрочный при растяжении (но остается прочным при сжатии!).

Чистое железо обычно имеет самую высокую температуру плавления, а чугун имеет самую низкую температуру плавления. Однако сталь просто обладает лучшими механическими свойствами, поэтому почти во всех высокотемпературных применениях вместо железа используется сталь.

Чугун – самый дешевый из сплавов железа. Однако из-за того, что он очень хрупкий, его трудно обрабатывать. Чтобы сделать чугунную деталь, обычно нужно расплавить материал и залить его в форму. Этот процесс называется «литьем», отсюда и термин «чугун».

Чистое железо, по иронии судьбы, часто дороже стали или чугуна. Очистка элементарного железа – нетривиальный процесс, и создается так много стали и чугуна, что экономия на масштабе делает эти материалы более дешевыми.

Чистое железо имеет наилучшую электропроводность, но у железа относительно низкая электропроводность по сравнению с другими металлами, такими как медь или алюминий, поэтому я не могу представить себе ситуацию, когда вы использовали бы чистое железо для электропроводности.

Чугун без легирующих элементов обладает наилучшей коррозионной стойкостью. Тем не менее, есть тип стали под названием «нержавеющая сталь», в состав которой входит хром — этот хром помогает предотвратить ржавление стали (я никогда не слышал о нержавеющем чугуне, потому что зачем тратить «дорогой» хром на материал, основное преимущество которого цена?).

Материал	Чистый железо	Чугут	Сталь
. – 1540
Пластичность	пластичность	хрупкость	относительно хрупкость
0 Электропроводность0087 Относительно Низкий	Низкий	Низкий
Стоимость	Относительно дорогая	Дешевые	Относительно дешевые

, СРЕДИРЕР, СРЕДИЕРЕР, СРЕДИРЕР, СРЕДИЕРЕР.

Применение железа, стали и чугуна

Как вы могли заметить из моего описания их свойств, сталь имеет наибольшее применение в машиностроении. Он имеет превосходные качества по сравнению с большинством других материалов, особенно с учетом стоимости.

Та или иная форма стали используется почти во всех конструктивных элементах, если плотность не является проблемой. Большинство самолетов было бы сделано из более легкого материала, чем сталь, но шасси по-прежнему из цельной стали. Сталь используется для зданий, автомобилей, мостов, канализационных коллекторов — что угодно, там используется сталь.

Чугун хорош тем, что может быть довольно дешевым. Частицы графита отлично поглощают энергию вибраций, поэтому вы можете увидеть чугунные рамы на машинах, которые вибрируют или чувствительны к вибрации.

Железо используется почти исключительно для изготовления других вещей. Чистое железо не так полезно, как его сплавы. Железо используется в химии (например, в качестве катализатора в процессе Габера-Боша), но я не могу придумать никаких структурных применений чистого железа.

Даже если вы слышали о «кованом железе», которое является историческим названием чего-то, что мы превзошли, кованое железо на самом деле было своего рода мягкой сталью. Исторически сложилось так, что удалить углерод из стали было сложнее, чем добавить углерод обратно. Чистого железа на самом деле не существовало до появления современной металлургии и химии.

Итак, вот небольшой тест, который вы можете проверить сами. Я перечислю применение, а вы решите, должен ли этот материал быть сделан из стали или чугуна.

Блок двигателя

Изготовлены из чугуна (или алюминия). Чугун хорош тем, что его дешево отливать, а после отливки его легко обрабатывать, потому что он не такой прочный, как сталь. Чугун также хорошо гасит вибрации. Теоретически вы могли бы сделать «лучший» блок двигателя из стали, но стоимость не стоит (небольшого) улучшения производительности.

Сковорода

Могут быть изготовлены из чугуна или из нержавеющей стали . Чугунные сковороды модны из-за эстетики, но функционально они не лучше, чем стальные сковороды. Самое главное требование к сковороде – не прочность, а коррозионная стойкость. Чугун определенно превосходит простую углеродистую сталь по стойкости к окислению, но с современными нержавеющими сталями сталь на самом деле дешевле, потому что вам не нужно делать кастрюлю такой толстой!

Тормозные диски

Изготовлены из чугуна . Чугун обладает хорошей износостойкостью и может выдерживать высокие температуры из-за трения. Опять же, сталь не может предложить значительного улучшения по сравнению с чугуном, но чугун намного дешевле.

Ножи или другие инструменты

Сталь — лучший материал для инструментов. На самом деле существует семейство сталей, называемых «инструментальными сталями», которые специально легированы, чтобы быть как можно более твердыми и износостойкими.

Железобетон

Сталь – лучший выбор для армирования бетона. Вы, наверное, слышали об этой стали, называемой арматурой. Арматура — это, по сути, сталь минимального сорта, поэтому она максимально дешевая. Чугун нельзя использовать для армирования бетона, потому что бетон и чугун имеют схожие проблемы (хрупкость и слабость при растяжении). Сталь прочна на растяжение и достаточно пластична, поэтому хорошо дополняет бетон.

Сосуды под давлением

Сталь — лучший материал для сосудов под давлением. Сталь может быть легирована, чтобы свести к минимуму коррозию/окисление содержимым сосуда. Кроме того, сосуды под давлением требуют высокой прочности на разрыв. Сталь одинаково прочна на сжатие и растяжение, а чугун гораздо слабее на растяжение, чем на сжатие. Сталь также более пластична, что означает, что у нее меньше шансов на появление внезапной трещины. В потенциально опасных приложениях очень важно использовать пластичные материалы, чтобы у вас было предупреждение до того, как произойдет авария.

Гвозди

Сталь — лучший материал для дешевых предметов, таких как гвозди. Помните, главное преимущество чугуна — экономия средств за счет обработки. Однако гвозди не изготавливаются методом литья. Обычно их вырезают из проволоки и придают им форму. Чугун вообще нельзя ковать, поэтому сталь обладает лучшими свойствами и дешевле в обработке.

Заключительные размышления и дополнительная литература

Железо является одним из наиболее важных элементов современного общества из-за всех вещей, которые вы можете сделать из железа. Однако чистое железо само по себе не так уж полезно.

Добавление углерода к железу дает сталь , наиболее широко используемый металл. Сталь имеет отличное сочетание механических свойств и является одним из самых дешевых материалов.

Добавление еще большего количества углерода в железо дает чугун . Чугун имеет некоторые преимущества по сравнению со сталью, в основном потому, что у него более низкая температура плавления. Для деталей, которые необходимо отливать, чугун обычно дешевле стали. Чугун имеет вкрапления графита, которые также помогают гасить вибрации.

Знаете ли вы, что такое сплавы и чем они отличаются от металлов ? Проверьте наш пост, чтобы узнать.

Щелкните здесь или здесь, чтобы узнать больше о чугуне, чугуне и стали.

В чем разница между чугуном и сталью?

Металлы обладают сочетанием прочности и пластичности, которого нет во многих других материалах. Это хорошо знать, но как определить разницу между металлами? В чем разница между чугуном и сталью?

Содержание

Чугун и сталь Содержание углерода

Наиболее заметным различием между сталью и чугуном является содержание углерода. Чугун имеет содержание углерода более 2%, в то время как сталь имеет содержание углерода менее 2%, а многие стальные сплавы имеют менее 1%.

Отлично, что это значит с точки зрения свойств материала? Читайте дальше:

Свойства материалов из стали и чугуна

Прежде чем я расскажу вам о свойствах каждого материала, я должен определить 4 термина материаловедения:

1. Прочность
2. Прочность
3. Пластичность
4. Твердость

Прочность — это способность материала поглощать энергию без разрушения. Резина – прочный материал. Прочность представляет собой сочетание пластичности и прочности (см. ниже).

Сила — это мера силы, необходимой для изгиба объекта. Сталь и чугун — прочные материалы.

Пластичность — это мера способности материалов подвергаться пластическому преобразованию без разрушения. Золото – пластичный материал.

Твердость — это способность материала сопротивляться царапанию. Алмазы – твердые предметы.

Полезное правило: Чугун тверже и прочнее, но не такой прочный (он хрупкий). Сталь не такая твердая и прочная, но она прочнее.

Однако быстрый ответ, который я дал выше, усложняется термической обработкой и сплавами.

Термическая обработка – как получить лучшее из обоих миров

Термическая обработка может увеличить или уменьшить твердость при условии, что в металле достаточно углерода. Некоторые термообработки позволяют затвердеть части материала, оставляя другие части мягкими (жесткими).

Как правило, для черных (железных) материалов твердость достигается за счет ударной вязкости.

Существует ряд термообработок, которые могут быть выполнены с металлом для улучшения его твердости/прочности.

Термообработка для снятия напряжения

К сожалению, термообработка для снятия напряжения — это не санаторно-курортная обработка, а способ размягчения металла без фундаментального изменения его микроструктуры. Эта обработка осуществляется путем нагревания металла всего до ниже его критической точки (преобразования), а затем дать этому металлу медленно остыть в течение длительного периода времени.

Этот процесс может снять внутренние структурные напряжения в металле, вызванные холодной обработкой, резкой ножницами или газовой резкой.

Термическая обработка отжигом

В отличие от предыдущей обработки, процесс отжига требует, чтобы металл был нагрет лишь до его критической точки. После чего в течение длительного времени охлаждается внутри печи или другой нагретой среды.

Отжиг является более мощным процессом, чем снятие напряжения, и может вызвать изменение кристаллизации микроструктуры металла. Это может значительно улучшить прочность и пластичность (вязкость) металла за счет твердости.

Нормализующая термическая обработка

Процесс нормализации очень похож на отжиг, основное отличие состоит в том, что заготовка охлаждается вне печи при атмосферных температурах. Из-за более высокой скорости охлаждения нормализованный металл тверже, но менее прочен, чем отожженный металл.

Закалка

Если вы когда-нибудь видели, как кузнец вонзает раскаленный меч в ведро с водой/маслом, вы видели этот процесс. Как и в описанных выше процессах размягчения, сырье нагревается до критической температуры.

После нагрева заготовку охлаждают одним из следующих способов: водой, рассолом, маслом или жидким азотом. Вода/рассол/масло являются общими для легированных сталей. Для высоколегированных материалов можно использовать жидкий азот или даже струи холодного воздуха.

Важно отметить : эти методы обработки работают только с металлом, который имеет достаточное количество углерода. Существуют и другие методы для материалов с низким содержанием углерода, о которых я расскажу позже.

Упрочнение поверхности

Ранее я говорил: «Как получить лучшее из обоих миров». Поверхностное упрочнение является одной из попыток. Основная идея поверхностного упрочнения заключается в том, что вы упрочняете только ту поверхность, которая должна быть упрочнена. Например: вы закаляете лезвие лезвия, чтобы оно не затупилось, а остальную часть ложи оставляете в менее твердом и более жестком состоянии.

Закалка пламенем

Как следует из названия, закалка пламенем предполагает использование ацетиленовой горелки для нагрева той части изделия, которую необходимо закалить. При нагреве поверхности важно быстро перемещать горелку вперед и назад на постоянном расстоянии от поверхности. Это связано с тем, что вы хотите избежать закалки металла с разной скоростью по всей заготовке.

После нагрева погасите затвердевшую поверхность пламенем, как и раньше.

Индукционная закалка

В этом методе для нагревания металла используется электрический индукционный ток высокой частоты. Непосредственно за индукционной катушкой следует гасящая среда. Этот метод чрезвычайно точен и эффективен и часто используется в крупномасштабных производственных процессах.

Лазерная закалка

В этом методе используется лазер для быстрого нагрева куска металла. Эти лазеры невероятно точны, позволяя контролировать глубину нагрева, а также площадь нагрева. В большинстве процессов, в которых используется лазерная закалка, используется неглубокий нагрев, а это означает, что закалочный материал не требуется, поскольку материал закаляется сам.

Цементация

Как я упоминал ранее, для низкоуглеродистой стали нельзя использовать методы первичной закалки, поскольку все эти методы представляют собой способы перегруппировки молекул углерода в металле. Если вы работаете с низкоуглеродистой сталью, вы должны использовать другую технику, такую ​​как науглероживание.

Науглероживание

В этом методе сталь нагревается чуть выше ее критической точки, когда она находится в контакте с материалом, богатым углеродом. Наиболее распространенными агентами, богатыми углеродом, являются: окись углерода, цианид натрия и карбонат бария или древесный уголь. Некоторые из этих агентов очень токсичны, поэтому будьте очень осторожны, решая, нужны ли они вообще. По возможности выбирайте более безопасные варианты и всегда соблюдайте осторожность при использовании этих материалов.

Заготовка выдерживается при этой температуре от 15 м до одного часа, после чего закаливается.

Металл часто нуждается в закалке после литья. Источник изображения

Alloys

Помимо термической обработки, есть еще один фактор, усложняющий мое эмпирическое правило. В основном, существует также много различных типов стальных сплавов. Сплав – это просто смесь металлов.

Наиболее распространенные элементы, встречающиеся в стальных сплавах: железо, углерод, марганец и кремний. В некоторые сплавы может быть добавлен ряд других элементов, таких как медь и свинец.

Смешивание этих элементов позволяет производителю создавать стали с различными свойствами. Поскольку вы можете сделать довольно экстремальные стальные сплавы, трудно создать общие правила о разнице между чугуном и сталью.

Существует также ряд нежелательных элементов, которые могут попасть внутрь в процессе производства, такие как сера и фосфор. Производители также должны следить за оксидами, которые могут образовываться при производстве стали.

Почему термическая обработка и сплавы имеют значение

Так почему же я потратил время на объяснение всей этой технической чепухи о термообработке и сплавах?

Итого: Термическая обработка и различные механические свойства сплавов могут сделать мое эмпирическое правило, изложенное выше, немного неуклюжим. Самый простой способ решить эту проблему — просмотреть сравнительные таблицы, в которых параллельно измеряются свойства трех материалов для каждого сплава/термообработки.

Вы можете надеяться, что я предоставлю такую ​​таблицу, к сожалению, эта информация требует больших затрат на НИОКР, поэтому компании, которые получают эту информацию, очень оберегают ее. Эту информацию можно найти в руководствах ASTM и очень полезном Справочнике по машинному оборудованию.

Быстрое сравнение

Я думаю, было бы полезно сравнить чугун и сталь по ряду различных факторов. Как упоминалось ранее, это общие рекомендации. Как вы теперь знаете, термическая обработка и сплавы могут сильно изменить характер металла. Всегда ищите точные характеристики вашего металла, когда выполняете важную коммерческую работу.

✯ = победитель победитель куриный ужин

Качество	Чугун	Литая сталь
Чувствительность надреза	✯
Ударопрочность		✯
Простота обработки	✯
Виброгаситель	✯
Стоимость	✯
Прочность на сжатие	✯
Износостойкость	✯	✯
Коррозионная стойкость	✯	✯ Нержавеющая сталь

Если бы вы оценивали два материала исключительно на основе приведенной выше таблицы, казалось бы, что чугун был явным победителем. Однако на самом деле это не так, так как для многих реальных применений требуется прочный (нехрупкий) материал. Закаленная сталь очень распространена во многих проектах, так как хрупкость чугуна является большим недостатком.

Дополнительные преимущества чугуна

• Легче лить
Серый чугун
• дешев в производстве

Дополнительные недостатки чугуна

• Низкая прочность на растяжение
• Низкое удлинение

---

Дополнительные преимущества стали

• Максимальная гибкость конструкции
• Хорошая свариваемость
• Короткое время доставки

Дополнительные недостатки стали

• Плохая всасывающая способность
• Труднее бросать

---

Типы чугуна

До сих пор я пытался сравнить разницу между чугуном и сталью на очень высоком уровне. Однако, поскольку «чугун» на самом деле относится к семейству сплавов, мне было трудно быть слишком конкретным. Чтобы улучшить ваше понимание, мне придется более подробно изучить вопрос «В чем разница между чугуном и сталью?»

Серый чугун

Это очень распространенная форма чугуна. Он имеет относительно мало усадочных полостей и небольшую пористость. Серый чугун имеет двузначный код ASTM. Он имеет графитовую микроструктуру и назван в честь серого цвета (графит) излома, который он образует. Это наиболее широко используемый чугун в зависимости от веса, и он обладает высокой теплопроводностью, что делает его идеальным для посуды.

Этот тип чугуна может иметь 3 различные микроструктуры:

1. Ферритный
2. Перлитный
3. Мартенситный

Серый чугун обычно используется в производстве:

• Оснований машин
• Блоки двигателя
• Корпуса электродвигателей
• Изнашиваемые поверхности машин
• Трубы
• Тормозные диски и барабаны
• Шестерни

Ковкий (с шаровидным графитом) чугун

Это тип чугуна с высоким содержанием графита, обладающий гораздо большей ударопрочностью и сопротивлением усталости. Эти свойства обусловлены формой, которую принимает встроенный графит. В сером чугуне графит имеет форму чешуек по своей микроструктуре. Между тем, в ковком чугуне графит принимает узловатую форму. Эта узловатая микроструктура затрудняет возникновение переломов.

Высокопрочный чугун используется в производстве:

• Коленчатых валов
• Шестерни для тяжелых условий эксплуатации
• Труба
• Высокопрочные детали машин
• Износостойкие детали

Значение износостойкости. Image Source

Белый чугун

Это тип чугуна, который обеспечивает невероятную твердость за счет ударной вязкости. Эта твердость обусловлена ​​тем, что углерод в материале превращается в цементит, а не в графит.

Белый чугун слишком хрупок для многих применений, однако он невероятно удобен в качестве износостойкой поверхности и используется в производстве:

• Шариков и колец в угольных измельчителях
• Вкладыши кожуха и подъемные стержни в шаровых мельницах и мельницах аутогенного измельчения
• Изнашиваемые поверхности шламовых насосов
• Дробеструйные сопла
• Железнодорожные тормозные колодки
• Дробилки

Ковкий чугун

Ковкий чугун в основном представляет собой отожженный белый чугун. Во время этого процесса цементит распадается на железо и графит и приобретает микроструктуру феррита или перлита. Это преобразование обеспечивает большую пластичность, прочность и ударопрочность, отсюда и название ковкого железа.
Ковкий чугун используется в производстве:

• Сельскохозяйственных и строительных машин
• Подшипники для тяжелых условий эксплуатации
• Железнодорожный подвижной состав

Чугун с уплотненным графитом

Наконец, у нас есть чугун с уплотненным графитом. Этот материал имеет механические и физические свойства, которые ставят его где-то между серым и ковким чугуном. Этот чугун обладает демпфирующими и термическими свойствами, подобными серому чугуну, а также прочностью и жесткостью, сравнимыми с ковким чугуном.

Благодаря этой прочности предметы, изготовленные из железа с уплотненным графитом, можно сделать тоньше и легче. Он лучше поддается обработке, чем ковкий чугун, и его легко отливать. Он используется в производстве:

• Блоки двигателей
• Головки цилиндров
• Корпус турбокомпрессора
• Выпускной коллектор

Микроструктуры

Феррит, перлит, мартинсит, микроструктуры… что?

Я знаю, что просто пропустил термины в статье, толком их не объяснив, и это раздражает.