Чем отличается металл от сплава

СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.

Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов (см. табл. 1, 2). Так, например, все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов. Если для чистого алюминия предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия, содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500 МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и термические свойства. Эти улучшения определяются структурой сплава – распределением и структурой его кристаллов и типом связей между атомами в кристаллах.

Многие металлы, скажем магний, выпускают высокочистыми, чтобы можно было точно знать состав изготавливаемых из него сплавов. Число металлических сплавов, применяемых в наши дни, очень велико и непрерывно растет. Их принято разделять на две большие категории: сплавы на основе железа и сплавы цветных металлов. Ниже перечисляются наиболее важные сплавы промышленного значения и указываются основные области их применения.

Сталь.

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов. См. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ.

Чугун.

Чугуном называется сплав железа с 2–4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала. См. также МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ.

Сплавы на основе меди.

В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

Свинцовые сплавы.

Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (

70 ° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.

Легкие сплавы.

Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах.

Алюминиевые сплавы.

К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175 ° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость. При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности. К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.

Магниевые сплавы.

Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.

Магниевые сплавы довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе. От коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием – хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Магниевым сплавам можно также придать блестящую поверхность либо плакировать медью, никелем и хромом, нанеся предварительно покрытие погружением в расплавленный цинк. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию. Магний – металл химически активный, а потому необходимо принимать меры, предотвращающие возгорание стружки и свариваемых деталей из магниевых сплавов. См. также СВАРКА.

Читайте также:  Регулировка карбюратора бензопилы partner 350

Титановые сплавы.

Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600 ° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.

Титановые сплавы ковки до температур около 1150 ° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430 ° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.

В табл. 3 приведены характеристики специальных сплавов, а в табл. 4 представлены основные элементы, добавляемые к алюминию, магнию и титану, с указанием получаемых при этом свойств.

Бериллиевые сплавы.

Пластичный бериллиевый сплав можно получить, например, вкрапляя хрупкие зерна бериллия в мягкую пластичную матрицу, такую, как серебро. Сплав этого состава удалось холодной прокаткой довести до толщины, составляющей 17% первоначальной. Бериллий превосходит все известные металлы по удельной прочности. В сочетании с низкой плотностью это делает бериллий пригодным для устройств систем наведения ракет. Модуль упругости бериллия больше, чем у стали, и бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и электрических контактов. Чистый бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря образованию защитных оксидных слоев он устойчив на воздухе при высоких температурах. Главная трудность, связанная с бериллием, – его токсичность. Он может вызывать серьезные заболевания органов дыхания и дерматит. См. также КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ и статьи по отдельным металлам.

Железо и сталь — важнейшие металлы. Сталь получают из железа. Из нее делают множество предметов — от нефтяных вышек до канцелярских скрепок. Наряду с 80 чистыми металлами людям известно немало сплавов — смесей металлов, качества которых отличаются от качеств чистых металлов. Башенные краны, мосты, другие сооружения делают из стали, содержащей до 0,2% углерода. Углерод делает сталь прочнее, причем она сохраняет ковкость. Сталь покрывают краской для защиты от коррозии.

Железо и сталь

Железо — это элемент. Его добывают из руды — соединения железа с кислородом. Большая часть добытого железа идет на производство стали, сплава железа с углеродом. Наиболее распространенные железные руды: магнетит(вверху) и гематит(внизу). Железо добывается из руды в доменных печах. Этот процесс называется плавкой. В печи через слой железной руды, известняка и кокса продувают очень горячий воздух. Кокс представляет собой почти чистый углерод, его получают нагреванием угля. Углерод кокса соединяется с кислородом, образуя моноксид углерода, который затем «вытягивает» кислород из руды, оставляя чистое железо, и образует диоксид углеро­да. Это пример реакций восстановления. Руда, кокс и известняк поступают в печь. Известняк реагирует с имеющимися в руде примесями, образуя шлак. Внутри печи раскаленный воздух реагирует с углеродом. Образуется моноксид углерода. При этом температура в печи повышается до 2000°С. Затем оксид углерода реагирует с кислородом руды, восстанавливая ее до железа. Расплавленный шлак вытекает из нижней части печи. Его используют в строительстве дорог. В конце расплавленное железо выводится наружу. Доменная печь непрерывно функционирует 10 лет, пока её стенки не начнут разрушаться. Высота доменной печи 30 метров, толщина её стен 3 метра.

Железо, получаемое из руды, содержит углерод (около 4%) и другие примеси, в частности серу. Примеси делают желе­зо хрупким, поэтому большую его часть перерабатывают в сталь. При этом из железа удаляют­ся примеси. В стальных скрепках около 0,08% углерода. Инструменты делают из стали, содержащей хром, ванадий и до 1% углерода. Сталь получают при воздействии на расплавленное железо кислорода. Часто в железо добавляют небольшое количество стального лома. Кислород реагирует с углеродом, содержащимся в железе, при этом образуется моноксид углерода, используемый как топливо. После очистки в стали остается не более 0.04% углерода; его количество зависит от марки стали. Сталь получают также путем переплавки стального лома в дуговой электропечи. Для получения стали расплавленное железо и стальной лом заливают в печь, называемую конвертером. В конвертер под высоким давлением закачивается почти чистый кислород. При его реакции с углеродом получается моноксид углерода (см. так же статью «Химические реакции«). Другой способ получения стали — переплавка стального лома в дуговой электропечи. Мощный электрический ток (см. статью «Электричество«) расплавляет лом. Расплавленный шлак вытекает из нижней части печи. Его используют в строительстве дорог.

Сплавы

Сплавом называется смесь двух или бо­лее металлов или металла и иного вещества. Так, латунь — это сплав меди и цинка. Латунь прочнее меди, ее легко обрабатывать, и она не подвержена коррозии. В чистых металлах атомы «упакованы» в тесные ряды (рис. слева). Ряды могут скользить относительно друг друга, что делает металл мягким. При резких сдвигах рядов металл ломается. В сплаве другие атомы укрепляют металл (см. рис. справа), т.к. сдвиг рядов уже невозможен. Поэтому сплавы прочнее чистых металлов.

Многие металлы сами по себе чересчур мягкие, чтобы их можно было использовать, зато их сплавы могут выдерживать большое давление и высокие температу­ры (см. статью «Тепло и температура«). Сталь — это сплав железа и углерода, неметалла. Добавляя небольшие количества других металлов, можно получить разновидности стали. Ножи и вилки делают из нержавеющей стали — сплава стали, хрома и никеля. Сплавы стали с марганцем чрезвычайно прочны и используются в промышленности для изготовления режущих инструментов. Алюминиево-магниевые сплавы лег­ки, прочны и не подвержены коррозии. Из них делают велосипеды и самолеты (см. статью «Полет«).

Важнейшие металлы и сплавы

Алюминий. Очень легкий серебристо-белый металл, не подверженный коррозии. Его получают из бокситов путем электролиза. Из алюминия делают электропровода, самолеты, корабли (см. статью «Плавучесть«), автомобили, банки для напитков, фольгу для приготовления пищи. Алюминиевые банки для напитков очень легкие и прочные.

Читайте также:  Как проверить сопротивление изоляции кабеля мультиметром

Латунь. Ковкий сплав меди и цинка. Из латуни делают украшения, орнаменты, музыкальные инструменты, винты, кнопки для одежды.

Бронза. Известный с древнейших времен ковкий, не подверженный коррозии сплав меди и олова.

Кальций. Мягкий серебристо-белый металл. Входит в состав известняка и мела, а также костей и зубов животных. Кальций в человеческом организме содержится в костях и зубах. Он использует­ся в производстве цемента и высоко качественной стали.

Хром. Твердый серый металл. Ис­пользуется в производстве нержавеющей стали. Хромом покрывают металлические изделия в защитных целях и для придания им зеркального блеска.

Медь. Ковкий красноватый металл. Из меди делают электропровода, резервуары для горячей воды. Медь входит в со­став латуни, бронзы, мельхиора.

Мельхиор. Сплав меди и никеля. Из него делают почти все «серебряные» монеты.

Золото. Мягкий неактивный ярко-желтый металл. Используется в электронике и в ювелирном деле.

Железо. Ковкий серебристо-белый ферромагнетик. Добывается в основном из руды в доменных печах. Используется в инженерных конструкциях, а также в производстве стали и сплавов. В нашей крови тоже есть железо.

Свинец. Тяжелый ковкий ядовитый синевато-белый металл. Добывается из минерала гале­нита. Из свинца делают электрические батареи, крыши и экраны, защищающие от рентгеновских лучей.

Магний. Легкий серебри­сто-белый металл. Горит ярко-белым пламенем. Используется для сигнальных огней и фейерверков. Входит в состав легких сплавов. В праздничных ракетах есть магнии и другие металлы.

Ртуть. Тяжелый серебристо-белый ядовитый жидкий металл. Используется в термометрах, входит в состав зубной амальгамы и взрывчатых веществ.

Платина. Ковкий се­ребристо-белый неактивный металл. Ис­пользуется в качестве катализатора, а так­же в электронике и в производстве ювелирных изделий. Платина не вступает в реакции. Из нее делают украшения.

Плутоний. Радиоактивный металл. Образуется в ядерных реакторах при бомбардировке урана и используется в производстве ядерного оружия (см. статью «Ядерная энергия и радиоактивность«).

Калий. Легкий серебристый металл. Очень химически активен. Калиевые соединения входят в состав удобрений.

Серебро. Ковкий серовато-белый металл. Хорошо проводит тепло и электричество. Из него дела­ют украшения и столовые приборы. Входит в состав фотоэмульсии (см. статью «Фотография и фотоаппараты«).

Припой. Сплав олова и свинца. Плавится при сравнительно низкой температуре. Используется для спайки проводов в электронике.

Натрий. Мягкий серебристо-белый хими­чески активный металл. Входит в состав поваренной соли. Используется в производстве натриевых ламп и в химической промышленности.

Сталь. Сплав железа с углеродом. Широко применяется в промышленности. Нержа­веющая сталь — сплав стали с хромом — не подвержена коррозии и используется в авиакосмической индустрии (см. статью «Ракеты и космические аппараты«).

Олово. Мягкий ковкий серебристо-белый металл. Слоем олова сталь защищают от коррозии. Входит в состав таких сплавов, как бронза и припой.

Титан. Прочный белый ковкий металл, не подверженный коррозии. Из титановых сплавов делают космические аппараты, са­молеты, велосипеды.

Вольфрам. Твердый серовато-белый металл. Из него изготавливают нити ламп накаливания и детали электронных приборов. Из стали с Нить вольфрамом делают накаливания режущие инструменты.

Уран. Серебристо-белый радиоактивный металл, источник ядерной энергии. При­меняется при создании ядерного оружия.

Ванадий. Твердый ядовитый белый металл. Придает прочность стальным сплавам. Используется как катализатор при производстве серной кислоты.

Цинк. Синевато-белый металл. Добывает­ся из цинковой обманки. Используется для гальванизации железа, производства электробатареек. Входит в состав латуни.

Переработка металлов

Переработка — это повторное использование сырья, способ сохранить природные ресурсы. Металлы легко поддаются переработке, т.к. их можно переплавить и получить металл такого же качества, как и тот, что получается непосредственно из руды. Переплавлять сталь и алюминий несложно и выгодно. Медь, олово, свинец также подвергают­ся переплавке. Железные и стальные предметы можно извлечь из кучи отходов при помощи сильного магнита. Большую часть стали для переработки добывают из старых автомобилей и станков, но часть ее получают из фабричных металлических опилок и даже бытовых отходов. Стальной лом смешивают с расплавленным железом и получают новую сталь.

Алюминий — не ферромагнетик, но алюминиевые отходы можно отделить от железного лома при помощи электромагнита. Больше половины банок для напитков делают из алюминия, полученного пу­тем переработки. Чтобы узнать, сделана банка из стали или алюминия, возьми магнит. К стальной банке он прилипнет, а к алюминиевой — нет. Переработка металлолома требует значительно меньше энергии, чем получение металла из руды, и отходов при переработке меньше. Теоретически металл можно перерабатывать сколько угодно раз. Для переработки алюминиевых банок необходимо в 20 раз меньше энергии, чем для производства нового алюминия.

Словом «сталь» обозначают сплавы железа с углеродом и другими химическими элементами, отвечающие следующим условиям: углерода в сплаве от 0,1% до 2,14%, а железа – не менее 45%. Существуют обычные углеродистые стали, стали легированные и высоколегированные. В последних двух случаях в сплав добавляются легирующие элементы, которые придают стали особую прочность.

Для чего вообще железо смешивать с углеродом? Это начали делать после того, как открыли влияние углерода на железо, выявили, как изменяются после этого физические свойства железа: оно становится более прочным, крепким, но при этом теряет пластичность. Добавление легирующих элементов еще больше усиливает этот эффект.

Между собой стали подразделяются по различным признакам, а потому существует несколько их классификаций. Давайте рассмотрим их по порядку и начнем с уже упоминавшихся трех классов, сгруппированных по химическим признакам:

УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

К таким сталям относят любые сплавы железа и углерода, не содержащие дополнительных легирующих элементов, и предназначенные для конструкционных и инструментальных задач. В свою очередь, углеродистая группа делится на подгруппы по количеству углерода в сплаве:

  • низкоуглеродистая (где присутствует до 0,25% углерода),
  • среднеуглеродистая (от 0,25% до 0,6% углерода в сплаве)
  • высокоуглеродистая (до 2% углерода).

Главное отличие углеродистых сталей – их высокие прочность и твердость, а в химическом плане – еще и малое содержание иных примесей.

ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Так называют все сплавы железа и углерода с добавлением (для прочности конечного продукта) легирующих элементов. Так же, как и углеродистые, стали легированные разделяются по подгруппам, в зависимости от качества и количества легирующей примеси в них:

  • низколегированные стали (в их сплаве менее 4% легирующих добавок)
  • среднелегированные (от 4% до 11% легирующих элементов в сплаве)
  • высоколегированные стали (в них более 11% легирующих элементов).

В качестве легирующих элементов могут выступать хром (Cr), никель (Ni), молибден (Mo). В сочетании с железом и углеродом они обеспечивают получившийся материал износостойкостью и высокой прочностью.

Далее, стали можно разгруппировать по их структуре:

АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ

Аустенитными сталями называют железные сплавы, которые при кристаллизации образуют однофазную аустенитную структуру γ-Fe c гранецентрированной кристаллической решеткой и сохраняют ее при охлаждении до криогенных температур. Данный класс также можно разделить на подгруппы:

  • коррозийностойкие аустенитные стали
  • жаростойкие аустенитные стали
  • жаропрочные аустенитные стали
  • хладостойкие аустенитные стали

Другое название данного класса сталей – «сталь аустенитного класса».

Читайте также:  Распил бревен на доски

ФЕРРИТНАЯ СТАЛЬ

Так называется сталь со структурой из легированного феррита с допустимыми добавлениями карбидов. Ферритную сталь (иное название – сталь ферритного класса) получают с добавлением к железу небольшого количества углерода и большой доли легирующего элемента, например, ванадия или кремния.

МАРТЕНСИТНАЯ СТАЛЬ

Мартенсит – это игольчатая микроструктура в некоторых чистых металлах и закаленных металлических сплавах. Мартенситными сталями, в свою очередь, называют сплавы с преобладанием мартенсита в структуре. Помимо железа в таких сплавах содержится небольшое количество углерода (около 0,2%), и сравнительно большое количество хрома – от 11% до 17%. Допускается и наличие в мартенситной стали других элементов: никеля, ванадия или молибдена. Стали мартенситного класса стойки к щелочным средам, способны к самозакаливанию, обладают невысокой пластичностью и высокой жаропрочностью.

БЕЙНИТНАЯ СТАЛЬ

Бейнитом называют структуру стали, которая образуется в ходе промежуточного превращения аустенита. Поэтому иногда такую структуру называют «промежуточной». Химически сталь бейнитного класса отличается наличием легирующих добавок и низким содержанием углерода.

ПЕРЛИТНАЯ СТАЛЬ

Стали перлитного класса объединяют из следующих подгрупп:

  • доэвтектоидные стали (то есть, стали с содержанием углерода менее 0,8%)
  • эвтектоидные стали (стали с содержанием 0,8% углерода в сплаве)
  • заэвтектоидные стали (содержание углерода от 0,8% до 2%).

Все они отличаются сравнительно небольшим содержанием легирующих элементов.

Другой, наиболее простой способ классификации стали – по ее качеству, которое зависит от характеристик элементов, участвующих в создании сплава, и их количества в нем.

СТАЛЬ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА

Самый дешевый вид стали, что обусловлено качеством сплава. В стали обыкновенного качества допускается присутствие загрязнений, сторонних (то есть, не входящих в «рецептуру» сплава) элементов и даже неметаллических вкраплений. Вместе с тем, у обыкновенной стали есть свои градации качества: А, Б и В, при этом, в маркировке стали указываются только буквы «Б» и «В». Если же в указании марки стали обыкновенного качества нет буквенного обозначения, то подразумевается по умолчанию, что она относится к классу «А». В чем же особенности этих подклассов?

  • сталь А – без указания химического состава, но с гарантией определенных механических свойств;
  • сталь Б – химические свойства указываются, но не гарантируются механические свойства материала;
  • сталь В – гарантируются определенные химические и механические свойства материала.

Из марок стали обыкновенного качества не рекомендуется изготавливать изделия, которые должны выдерживать большие нагрузки во время эксплуатации. Другое название стали обыкновенного качества – «рядовая сталь».

КАЧЕСТВЕННАЯ СТАЛЬ

К составу этой стали предъявляются гораздо более высокие требования, чем к предыдущей. В ней тоже допускаются включения неметаллических элементов, но совсем незначительные. Содержание серы в сплаве такой стали – не более 0,4%. Столько же может содержаться и фосфора – не более четырех десятых процента.

Плавят качественные стали в мартенах и кислородных конвертерах. Более высокие свойства качественной стали позволяют изготавливать изделия, которые допустимо использовать в сферах, где на них будет оказываться большая физическая нагрузка.

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННАЯ СТАЛЬ

К составу этого вида стали предъявляются высокие стандарты. В сплаве не должно быть неметаллических вкраплений, процентное соотношение вредных примесей допускается совсем мизерное (серы – до 0,030%, фосфора – до 0,035%). Также понижено допустимое присутствие в высококачественном сплаве углерода.

Высококачественные стали выплавляются в электрических и кислых мартенах. Изготавливать из них можно любые металлические изделия, без боязни быстрой поломки или недостаточной износостойкости. При этом, нужно учитывать, что высококачественный сплав отличается повышенной вязкостью, нежели качественный.

СТАЛЬ ОСОБО ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННАЯ

Особо высококачественные стали изготавливаются с помощью самых современных методов, позволяющих не допускать сторонних, не входящих в «рецептуру» элементов и добиваться предельно высокой частоты сплава. Плавка таких сталей производится в электропечах с электрошлаковым переплавом. В химическом составе особо высококачественных сплавов практически нет газов и неметаллических вкраплений.

В конце марки особо высококачественных сталей принято ставить букву Ш. Поскольку производство таких материалов довольно трудоемкое и дорогое, то изготавливают из них изделия с наиболее ответственными функциями.

Наконец, популярно разделение сталей по их назначению. Такая классификация содержит большое множество групп:

КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

Применяются для изготовления механизмов, деталей, конструкции в строительстве, машиностроении, автомобилестроении, судостроении. Внутри этой группы сталей есть свои подгруппы, которые состоят из сплавов, различающихся между собой прежде всего качеством.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ

Так называют стали, которые содержат от 0,7% углерода и выше. Содержание серы и фосфора в сплаве определяет качество инструментальной стали (она может быть качественной и высококачественной).

Отличаются инструментальные стали невысокой стоимостью, высокой твердостью, но, при этом, невысокой износостойчивостью.

Внутри группы принято деление на следующие подгруппы:

инструментальные углеродистые стали

инструментальные легированные стали

инструментальные валковые стали

стали инструментальные штамповые

стали инструментальные быстрорежущие.

По названию всей группы не трудно догадаться, что из такого рода материалов изготавливают различные инструменты: метчики, топоры, молотки, пилы, фрезы и прочее.

НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ

Другое их название – «коррозийно-стойкие стали». Само название указывает на главное их свойство: они не подвержены коррозийным влияниям и стойки к воздействию агрессивных сред. Достигается это за счет включения в сплав с железом металла с антикоррозийными свойствами. Чаще всего в этой роли в нержавеющих сталях выступает хром или соединение хрома и никеля. Чем больше содержание хрома в сплаве, тем более коррозийно-стойкой оказывается сталь.

СТАЛИ ЖАРОПРОЧНЫЕ

Главное их отличие – стойкость к высоким температурам, высокие показатели ползучести и длительной прочности (это основные характеристики жаропрочных материалов). Изделия из таких сталей можно использовать длительное время в условиях высокой температуры, не опасаясь, что они начнут деформироваться и разрушаться. Соответственно, из жаропрочных сталей делают лопатки паровых турбин, газовые турбины, котельные установки, детали ракет и многое другое.

При создании жаропрочного сплава внимание прежде всего обращают на следующие характеристики основного компонента: температура плавления, легирование, режимы уже пройденной им термообработки.

По легированию жаропрочных сталей их подразделяют на уже рассмотренные на этой странице классы:

СТАЛИ ЖАРОСТОЙКИЕ

Другое название – «окалиностойкие стали». Они отличаются стойкостью к коррозийному воздействию в газовых средах при повышенных температурах (имеются в виду температуры выше 550 °C). Поверхность их не окисляется и не начинает разрушаться при таком температурном режиме, что позволяет изготавливать из них изделия, которые предназначены для функционирования в условиях повышенных температур. Изделиями могут быть части двигателей машин и самолетов, конструкционные части печей, трубы теплоприемников.

Чтобы добиться окалиностойких свойств, в сплав добавляют некоторые элементы, которые при повышении температур образуют на поверхности стали защитный слой. В современной металлургии элементами этими выступают хром или кремний, которые при окислении образуют оксиды. От количества хрома или кремния зависит степень жаростойкости материала. Чтобы добиться наиболее высоких жаростойких свойств, в сплав вводят и хром, и кремний одновременно.

Внутри жаростойких сталей есть свое разделение на группы, различающиеся составом и структурой:

  • стали хромистые ферритного класса
  • стали хромокремнистые мартенситного класса
  • хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса
  • хромоникелевые аустенитные стали.

И КРИОГЕННЫЕ СТАЛИ.

Остались еще вопросы?
Оставьте заявку и мы Вам перезвоним.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector