Чорні метали та �їх сплави

Наталія Кліщова

Київський Професійний Коледж Артдизайну

Загальні відомості про залізо та сталі

Сплавом називається кристалічна речовина, до складу якої входять два чи декілька елементів.

До складу сплавів можуть входити метали і неметали (сірка, вуглець, кремній, фосфор та ін.).

​

Сталь і чавун – сплави, які складаються із заліза і вуглецю.

Чавун містить більше, ніж сталь, вуглецю, а сталь має вищі, ніж чавун, механічні властивості.

​

В сталі та чавуні містяться й інші елементи як домішки.

Сплави заліза: сталь та чавун

Сплави заліза до 2,14% вуглецю, нази­вають сталями, а сплави, що містять вуглецю 2,14—6,67%, -чавунами.

Сплави заліза з більшим вмістом вуглецю не використовують у Зв'язку з великою крихкістю.

Окрім вуглецю, в чавуні присутні постійні домішки: кремній, марганець, сірка, фосфор, які в різній мірі впливають на його властивості.

Добування чавуну

• Доменна піч - це шахта зі сталевих листів, яку зсередини викладено вогнетривкою цеглою. Сталевий кожух слугує для підсилення міцності. Шихту заповнюють через завантажувальний пристрій колошника. Після випуску з доменної печі чавун розливають у форми. Застиглий у формі чавун називають чушкою, яка важить приблизно 50 кг. У результаті доменного процесу утворюються відходи – шлак і доменний газ.

Чавун за призначенням:

Переробні і спеціальні використо­вують для плавлення сталі,

Ливарні — для відливання різноманітних деталей і виробів.

Чавун за структурою:

Чавун за структурою:

• Білий чавун - весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у формі цементиту. На зламі він має білий колір і характерний металевий блиск.

Використовують для виплавляння сталей.

• Сірий чавун - весь вуглець або більша його частина знаходиться у вигляді графіту. На зламі має сірий колір у зв'язку з великою кількістю графіту. Використовують для виготовлення методом лиття деталей і виробів, що зазнають невеликих навантажень в роботі.

​

Чавун за структурою:

• Модифіковані чавуни відрізняються від сірих дрібними графіт­ними включеннями кулькоподібної форми, що призводить до підви­щення механічних властивостей чавунів. До їх складу вводять модифікатори (магній або церій), які подрібнюють частинки графіту.

Використовують для виготовлення деталей, що піддаються значним навантаженням, наприклад колінчастих валів, корпусів насосів парових турбін.

Чавун за структурою:

• Ковкі чавуни виробляють з білого чавуну шляхом термічної обробки (довготривалого нагрівання при + 1000°С з піском або ферум оксидом). В результаті зменшується крихкість і збільшується пластичність.

Використовують для виготовлення деталей, працюють при більших динамічних і статичних навантаженнях, наприклад всіляких гаків, трійників, вентилів, хрестовин для водопроводу, гайкових ключів.

​

Вплив домішок

• Кремній сприяє виділенню вуглецю в чавуні , поліпшує ливарні якості чавуну, збільшує рідкотекучість і зменшує його усадку.
• Марганець сприяє утворенню цементиту, а невеликого (до 1%) вмісту марганець підвищує міцність чавуну.
• Фосфор робить чавун крихким у холодному стані (холодноламкість) і рідкотекучим, завдяки чому добре заповнюються тонкі перерізи ливарних форм.
• Сірка збільшує твердість і крихкість чавуну, утворює тріщини у виливках під час нагрівання чавунних виробів (червоноламкість).
• Вуглець, кремній і марганець корисні, а фосфор і сірка – шкідливі домішки чавуну.
• Кисень, азот, водень – шкідливі приховані домішки. Наявність їх погіршує механічні властивості чавуну.
• Мідь, алюміній, нікель, сприяють графітизації, а хром, молібден, ванадій, вольфрам – відбілюванню чавунів.

Чавун

Добування сталі

• Сталь виплавляють з переробного чавуну і сталевого брухту в конверторах, мартенівських та електричних печах.
• При мартенівському способі одержують сталь вищої якості, ніж при конверторному. Досконалішим способом, порівняно з конверторним і мартенівським, є виплавка сталі в електропечах. У плавильному просторі електропечі підтримується висока температура

(близько 2000°С), що дає можливість

вводити у сталь тугоплавкі метали.

Сталь

- деформований (ковкий) сплав заліза з вуглецем (до 2,14%) та іншими елементами.

Класифікація сталей і сплавів здійснюється:

• за хімічним складом
• по структурному складу
• за якістю (за способом виробництва і змістом шкідливих домішок)
• за ступенем розкислення і характером затвердіння металу у виливниці
• за призначенням

За хімічним складом вуглецеві сталі поділяють в залежності від вмісту вуглецю:

• маловуглецеві - менше 0,3% С;
• середньовуглецеві - 0,3-0,7% С;
• високовуглецеві - більше 0,7 %С.

Класифікація за хімічним складом легуючих елементів:

• низьколеговані - менше 2,5%;
• середньолеговані - 2,5-10%;
• високолеговані - більше 10%.

Леговані сталі і сплави поділяються також на класи по структурному складу:

• у відпаленому стані - доевтектоідний, заевтектоідний, ледебуритный (карбідний), феритний, аустенитный;
• в нормалізованому стані - перлітовий, мартенситный і аустенитный.

За якістю і змістом шкідливих домішок, сталі та сплави поділяють на:

За призначенням сталі та сплави

• конструкційні,
• інструментальні,
• сталі з особливими фізичними і хімічними властивостями.

Медична(Хірургічна) сталь

• Активно застосовується в медичній промисловості (інструменти хірургам і різні медичні аксесуари).
• За цим матеріалом — майбутнє. І цілком впевнене сьогодення.
• Прикраси з ювелірного сплаву відносять до самої топової категорії (А +++) елітної біжутерії. Це означає, що за зовнішнім виглядом і функціональності вони не поступаються виробам з благородних металів.

​

Ювелірна сталь

• Сплав заліза і вуглецю зі спеціальними легуючими добавками.
• Марка 316L
• Лігатура для медичної сталі виявилися: хром, нікель, молібден.

Переваги хірургічної сталі можна вважати:

• підвищену міцність;
• абсолютну гіпоалергенність;
• широкі дизайнерські можливості (такого металу легко надати потрібну форму — від ажурної до максимально масивної, він добре переносить фарбування, гравіювання та інші процеси);
• високу зносостійкість, яка не залежить від контактів зі шкірою людини та різними фізичними, хімічними, механічними подразниками;
• високий антикорозійний ефект (така сталь не іржавіє, що не окислюється, не темніє).

​

Недоліки ювелірної стали

• має властивість стиратися;
• необхідність спеціального догляду;
• купувати точно за розміром(медичну сталь зігнути не вдасться).

​