Реферат на тему сталь

Обновлено: 07.01.2025

Маркировка сталей. Для маркировки стали каждому легирующему элементу присвоена определенная буква: кремний-С; марганец- Г, хром – Х, никель - Н, молибден – М, вольфрам – В, алюминий – Ю, медь – Д, кобальт – К. Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода; затем буквой указан легирующий элемент и последующими цифрами – его среднее содержание, например сталь марки 3Х13 содержит 0,3% углерода и 13% хрома

Прикрепленные файлы: 1 файл

18 Виды и св-ва сталей.doc

Виды и свойства сталей.

Стали разделяют на виды и маркируют условными обозначениями, в которых отражается состав и назначение стали, механические и химические свойства, способы изготовления и раскисления.

Углеродистые стали. Сталь углеродистая обыкновенного качества – сплав железа с углеродом. В ее составе присутствуют в небольшом количестве примеси: кремний, марганец, фосфор и сера, каждая из которых оказывает определенное влияние на механические свойства стали. В этих сталях содержится 0,06-0,62% углерода. Наиболее широко используют сталь марки Ст 3, она идет на изготовление металлических конструкций, опор линий электропередач, резервуаров и трубопроводов, арматуры железобетона.

Легированные стали. Легирующие добавки влияют на свойства стали следующим образом: марганец увеличивает прочность, твердость и сопротивление стали износу; кремний и хром повышают прочность и жаростойкость; медь повышает стойкость стали к атмосферной коррозии; никель улучшает вязкость без снижения прочности. Их применяют для сварных и клепаных конструкций промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов, нефтерезервуаров и труб.

Температура плавления – температура, при которой сталь из твердого состояния переходит в жидкое. Температура плавления железа 1535 0 С, но при введении в его состав углерода или других элементов она изменяется.
Коэффициент температурного расширения – показатель относительного удлинения стального образца при повышении температуры на 1 0 равен (11-11,9) 10 -6 о С.
Твердость – способность стали сопротивляться вдавливанию в нее других более твердых тел.
Ударная вязкость – свойство стали противостоять динамическим (ударным) нагрузкам.
Коррозийная стойкость – способность сталей сопротивляться разрушающему действию окружающей среды.
Технологические свойства показывают способность сталей к обработке давлением, резание, литьем, сваркой и тд.

Термическая обработка улучшает физико-механические свойства стали. Различают следующие виды термической обработки стали:

Закалка заключается в нагреве стали до 800-900 0 С и быстром охлаждении ее в воде или масле. Закалка увеличивает прочность и твердость стали, но снижает ударную вязкость.
Отпуск закаленной стали – медленный ее нагрев до 200-350 0 С, выдержка при этой температуре с последующим медленным охлаждением на воздухе. При отпуске стали снижается твердость, но повышается вязкость.
Отжиг – нагрев стали до определенной температуры, выдержка при этой температуре и охлаждение в печи. Отжигают сталь для снижения твердости и повышения ее вязкости.
Нормализация стали- разновидность отжига, состоящая из нагрева ее до температуры ниже температуры закалки, выдержке при этой температуре и охлаждения на воздухе. Нормализация повышает прочность, твердость и ударную вязкость стали.

Изделия из сталей.

Изготовление стальных изделий. Существуют следующие способы обработки стальных слитков давлением:

Виды стали

Сталь как сплав железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением, особенности ее структуры, виды, направления практического применения. Способы получения стали, факторы формирования свойств и оценка качества.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	05.04.2013
Размер файла	128,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Сталь (от нем. Stahl) [1] - сплав (твёрдый раствор) железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14%. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижаяпластичность и вязкость.

Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45% железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

Сталь - важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей промышленности.

Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении - для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении - релаксационной стойкостью. [2]

Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

По химическому составу стали делятся на углеродистые [3] и легированные [4] ; в том числе по содержанию углерода - на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,3-0,55% С) и высокоуглеродистые (0,6-2% С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные - до 4% легирующих элементов, среднелегированные - до 11% легирующих элементов и высоколегированные - свыше 11% легирующих элементов.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре сталь разделяется на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную и перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют надвухфазную и многофазную.

· Плотность: 7700-7900 кг/мі,

· Удельный вес: 75500-77500 Н/мі (7700-7900 кгс/мі в системе МКГСС),

· Удельная теплоемкость при 20°C: 462 Дж/(кг·°C) (110 кал/(кг·°C)),

· Температура плавления: 1450-1520°C,

· Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг),

Коэффициент теплопроводности при температуре 100°C [5]

Углеродистая сталь (марка 30)

Углеродистая сталь (марка 15)

Коэффициент линейного теплового расширения при температуре около 20°C

сталь Ст3 (марка 20)

Предел прочности стали при растяжении

сталь для конструкций

сталь машиностроительная (углеродистая)

Суть процесса переработки чугуна на сталь состоит в уменьшении до нужной концентрации содержания углерода и вредных примесей - фосфора и серы, которые делают сталь хрупкой и ломкой. В зависимости от способа окисления углерода существуют различные способы переработки чугуна на сталь: конверторный, мартеновский и электротермический. К финансовому кризису в 2008 году Украина оставалась одной из немногих стран, где широко использовался мартеновский способ выплавки стали, достаточно энергозатратный и экологически вредный. Сейчас большинство мартеновских печей в Украине выведено из эксплуатации, а те что остались, вскоре также будут закрыты. Мартеновский способ выплавки стали не выдерживает конкуренции, обострившейся на мировых рынках после 2008 г. Таким образом, сейчас в Украине, как и во всем мире, подавляющее большинство стальной продукции производится конвертерным способом. Украина по состоянию на 2008 г. занимает пятое место в мире по объёмам экспорта стали, 76,46% стали, производимой на мировом рынке, приходится на десять ведущих стран.

Кислородно-конверторный способ получения стали

По этому способу окисления избыток углерода и других примесей чугуна окисляют в присутствии кислородом воздуха, который продувают сквозь расплавленный чугун под давлением в специальных печах - конверторах. Конвертер представляет собой грушевидную стальную печь, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. Он может поворачиваться вокруг своей оси. Емкость конвертора 50-60 т. Материалом его футеровки служит либо динас (в состав которого входят главным образом SiO₂, имеющий кислотные свойства), либо доломитная масса (смесь CaO и MgO, которые получают из доломита MgCO₃·CaCO₃; эта масса имеет основные свойства). В зависимости от материала футеровки печи конверторный способ разделяют на два вида: бессемеровский и томасовский.

Бессемеровский способ

Бессемеровским способом перерабатывают чугуны, содержащие мало фосфора и серы и богатые кремнием (не менее 2%). При продувке кислорода сначала окисляется кремний с выделением значительного количества тепла. Вследствие этого начальная температура чугуна примерно с 1300° C быстро поднимается до 1500-1600°С. Выгорание 1% Si обусловливает повышение температуры на 200°C. Около 1500°C начинается интенсивное выгорание углерода. Вместе с ним интенсивно окисляется и железо, особенно к концу выгорания кремния и углерода:

Образующийся монооксид железа, FeO, хорошо растворяется в расплавленном чугуне и частично переходит в сталь, а частично реагирует с SiO₂ и в виде силиката железа FeSiO₃переходит в шлак:

Фосфор полностью переходит из чугуна в сталь. Так P₂O₅ при избытке SiO₂ не может реагировать с основными оксидами, поскольку SiO₂ с последними реагирует более энергично. Поэтому фосфористые чугуны перерабатывать в сталь этим способом нельзя.

Все процессы в конверторе идут быстро - в течение 10-20 минут, так как кислород воздуха, продуваемый через чугун, реагирует с соответствующими веществами сразу по всему объёму металла. При продувке воздухом, обогащенным кислородом, процессы ускоряются. Монооксид углерода CO, образующийся при выгорании углерода, пробулькивает вверх, сгорает там, образуя над горловиной конвертора факел светлого пламени, который по мере выгорания углерода уменьшается, а затем совсем исчезает, что и служит признаком окончания процесса. Получаемая при этом сталь содержит значительные количества растворенного монооксида железа FeO, который сильно снижает качество стали. Поэтому перед разливкой сталь надо обязательно раскислить с помощью различных раскислителей - ферросилиция, фероманганца или алюминия:

сталь углерод эвтектоидный сплав

2FeO + Si = 2Fe + SiO₂

FeO + Mn = Fe + MnO

Монооксид марганца MnO как основной оксид реагирует с SiO₂ и образует силикат марганца MnSiO₃, который переходит в шлак. Оксид алюминия как нерастворимое при этих условиях вещество тоже всплывает наверх и переходит в шлак. Несмотря на простоту и высокую продуктивность, бессемеровский способ теперь не слишком распространен, поскольку он имеет ряд существенных недостатков. Так, чугун для бессемеровского способа должен быть с наименьшим содержанием фосфора и серы, что далеко не всегда возможно. При этом способе происходит очень большое выгорания металла, и выход стали составляет лишь 90% от массы чугуна, а также расходуется много раскислителей. Серьезным недостатком является невозможность регулирования химического состава стали.

Бессемеровская сталь содержит обычно менее 0,2% углерода и используется как техническое железо для производства проволоки, болтов, кровельного железа и т.п.

Мартеновская печь

Основная статья: Мартеновская печь

Мартеновский способ отличается от конверторного тем, что выжигание избытка углерода в чугуне происходит не только за счет кислорода воздуха, но и кислорода оксидов железа, которые добавляются в виде железной руды и ржавого железного лома.

Мартеновская печь состоит из плавильной ванны, перекрытой сводом из огнеупорного кирпича, и особых камер регенераторов для предварительного подогрева воздуха и горючего газа. Регенераторы заполнены насадкой из огнеупорного кирпича. Когда первые два регенератора нагреваются печными газами, горючий газ и воздух вдуваются в печь через раскаленные третий и четвёртый регенераторы. Через некоторое время, когда первые два регенератора нагреваются, поток газов направляют в противоположном направлении и т.д.

Плавильные ванны мощных мартеновских печей имеют длину до 16 м, ширину до 6 м и высоту более 1 м. Вместимость таких ванн достигает 500 т стали. В плавильную ванну загружают железный лом и железную руду. К шихте добавляют также известняк как флюс. Температура печи поддерживается при 1600-1650°C и выше. Выгорания углерода и примесей чугуна в первый период плавки происходит главным образом за счёт избытка кислорода в горючей смеси с теми же реакциями, что и в конверторе, а когда над расплавленным чугуном образуется слой шлака - за счёт оксидов железа:

Вследствие взаимодействия основных и кислотных оксидов образуются силикаты и фосфаты, которые переходят в шлак. Сера тоже переходит в шлак в виде сульфида кальция:

FeS + CaO = FeO + CaS

Мартеновские печи, как и конверторы, работают периодически. После разливки стали печь снова загружают шихтой и т.д. Процесс переработки чугуна в сталь в мартенах происходит относительно медленно - в течение 6-7 часов. В отличие от конвертора, в мартенах можно легко регулировать химический состав стали, добавляя к чугуну железный лом и руду в той или иной пропорции. Перед окончанием плавки нагрев печи прекращают, сливают шлак, а затем добавляют раскисники. В мартенах можно получать и легированную сталь. Для этого в конце плавки добавляют к стали соответствующие металлы или сплавы.

Электротермический способ

Электротермический способ имеет перед мартеновским и особенно конверторным целый ряд преимуществ. Этот способ позволяет получать сталь очень высокого качества и точно регулировать её химический состав. Доступ воздуха в электропечь незначительный, поэтому значительно меньше образуется монооксида железа FeO, загрязняющего сталь и ухудшающего её свойства. Температура в электропечи - не ниже 2000°C. Это позволяет проводить плавку стали на сильно основных шлаках (которые трудно плавятся), при которых полнее удаляется фосфор и сера. Кроме того, благодаря очень высокой температуре в электропечах можно легировать сталь тугоплавкими металлами - молибденом и вольфрамом. Но в электропечах расходуется очень много электроэнергии - до 800 кВт·ч на 1 т стали. Поэтому этот способ применяют только для получения высококачественной спецстали.

Электропечи бывают разной емкости - от 0,5 до 180 т. Футеровку печи делают обычно основной (с CaO и MgO). Состав шихты может быть разный. Иногда она состоит на 90% из железного лома и на 10% из чугуна, иногда в ней преобладает чугун с добавками в определенной пропорции железной руды и железного лома. К шихте добавляют также известняк или известь как флюс. Химические процессы при выплавке стали в электропечах те же, что и в мартенах.

Индукционный нагрев массы металла осуществляется токами промышленной частоты, которых оказывается достаточно для нагрева, из-за большой массы этого сердечника. Для тока частотой 50 герц характерная масса выплавляемой стали в печи составляет 90-100 тонн.

Физические свойства

· плотность с ? 7,86 г. / см 3 ; коэффициент линейного теплового расширения б = 11 … 13 · 10 ?6 K ?1 ;

· коэффициент теплопроводности k = 58 Вт / (м · K);

· модуль Юнга E = 210 ГПа;

· модуль сдвига G = 80 ГПа;

· коэффициент Пуассона н = 0,28 … 0,30;

· удельное сопротивление (20° C, 0,37-0,42% углерода) = 1,71 · 10 ?7 Ом · м

Зависимость свойств от состава и структуры

Свойства сталей зависят от их состава и структуры, которые формируются присутствием и процентным содержанием следующих составляющих.

Углерод - составная часть, с увеличением содержания которой в стали увеличивается её твердость и прочность, при этом пластичность уменьшается.

Кремний и марганец (в пределах 0,5…0,7%) существенного влияния на свойства стали не оказывают.

Сера является вредной примесью, образует с железом химическое соединение FeS (сернистое железо). Сернистое железо в сталях образует с железом эвтектику с температурой плавления 1258 К, которая обусловливает ломкость материала при обработке давлением с подогревом. Указанная эвтектика при термической обработке расплавляется, в результате чего между зернами теряется связь с образованием трещин. Кроме этого, сера уменьшает пластичность и прочность стали, износостойкость и коррозионную стойкость.

Фосфор предоставляет стали хладноломкости (хрупкость при пониженных температурах). Это объясняется тем, что фосфор вызывает сильную внутрикристаллическую ликвацию.

Феррит - железо с объемноцентрированная кристаллической решеткой и сплавы на его основе - является фазой мягкой и пластичной.

Цементит - карбид железа, химическое соединение с формулой Fe₃C, наоборот, предоставляет стали твердость и хрупкость.

Перлит - эвтектоидная смесь двух фаз - феррита и цементита, содержит 1/8 цементита и поэтому имеет повышенную прочность и твердость по сравнению с ферритом. Поэтому доэвтектоидные стали гораздо более пластичны, чем заэвтектоидные.

Стали содержат до 2,14% углерода. Фундаментом науки о стали, как сплава железа с углеродом, является диаграмма состояния сплавов железо-углерод - графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры. Для улучшения механических и других характеристик сталей применяют легирование. Главная цель легирования подавляющего большинства сталей - повышение прочности за счет растворения легирующих элементов в феррите и аустените, образования карбидов и увеличения прокаливаемости. Кроме того, легирующие элементы могут повышать устойчивость против коррозии, термостойкость, жаропрочность и др. Такие элементы как хром, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан образуют карбиды, а никель, кремний, медь, алюминий карбидов не образуют. Кроме того, легирующие элементы уменьшают критическую скорость охлаждения при закалке, что необходимо учитывать при назначении режимов закалки (температуры нагрева и среды для охлаждения). При значительном количестве легирующих элементов может существенно измениться структура, что приводит к образованию новых структурных классов по сравнению с углеродистыми сталями.

Виды термообработки

Сталь в исходном состоянии достаточно пластична, её можно обрабатывать путем деформирования: ковать, вальцевать, штамповать. Характерной особенностью стали является её способность существенно изменять свои механические свойства после термической обработки сущность которой заключается в изменении структуры стали при нагреве, выдержке и охлаждении, согласно специальному режиму. Различают следующие виды термической обработки:

Чем богаче сталь на углерод, тем она тверже после термической обработки. Сталь с содержанием углерода до 0,3% (техническое железо) практически закаливанию не поддается.

Химико-термическая обработка сталей

Химико-термическая обработка сталей в дополнение к изменениям в структуре стали также приводит к изменению химического состава поверхностного слоя путем добавления различных химических веществ до определенной глубины поверхностного слоя. Эти процедуры требуют использования контролируемых систем нагрева и охлаждения в специальных средах. Среди наиболее распространенных целей, относящихся при использовании этих технологий является повышение твердости поверхности при высокой вязкости сердцевины, уменьшение сил трения, повышения износостойкости, повышения устойчивости к усталости и улучшения коррозионной стойкости. К этим методам относятся:

· Цементация (C) увеличивает твердость поверхности мягкой стали из-за увеличения концентрации углерода в поверхностных слоях.

· Азотирования (N) как и цементация увеличивает поверхностную твердость и износостойкость стали.

· Цианирования и нитроцементация (N + C) - это процесс одновременного насыщения поверхности сталей углеродом и азотом. При цианировании используют расплавы солей, имеющих в своем составе группу NaCN, а при нитроцементации - смесь аммиака с газами, которые имеют в составе углерод (СО, СН₄ и ??др.). После цианирования и нитроцементации проводят закаливание и низкий отпуск.

· Сульфатирования (S) - насыщение поверхности серой улучшает приработки трущихся поверхностей деталей, уменьшается коэффициент трения.

Реферат по химии на тему "Металлы и Металлургия"

Наиболее динамичный период развития человечества обусловлено открытием человеком металлов и их сплавов. В природе в чистом виде встречаются небольшое количество металлов, таких как: золото, серебро и медь. К тому же, золото и серебро являются драгоценными металлами и использовались в ювелирных целях и чеканки монет. В тоже время самородная медь необладала необходимыми прочностными характеристиками, что требовало нахождение других материалов. Выше указанные причины стимулировли человечество в поиске новых металлов. В процессе изучению окружающего мира человек осознал, что в рудах содержится другие металлы с более востребованными характеристиками столь необходимыми человечеству. В результате этого человечество вынуждено было находить способы получение металлов из руд. Поэтому появилась металлургия, что дало огромные возможности для развитию человечеству.

Металлургия— область науки и техники, охватывающая процессы получения металлов из руд или других материалов, а также процессы, связанные с изменением химического состава, структуры и свойств металлических сплавов. В первоначальном, узком значении — искусство извлечения металлов из руд. В настоящее время металлургия является также отраслью промышленности.

Металлы — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность, ковкость и металлический блеск.

Во многих странах мира идет интенсивный научный поиск по применению различных микроорганизмов в металлургии, то есть применение биотехнологии (биовыщелачивание, биоокисление, биосорбция, биоосаждение и очистка растворов). К настоящему времени наибольшее применение биотехнические процессы нашли для извлечения таких цветных металлов, как медь, золото, цинк, уран, никель из сульфидного сырья. Особое значение имеет реальная возможность использования методов биотехнологии для глубокой очистки сточных вод металлургических производств.

К металлургии относятся:

производство металлов из природного сырья и других металлосодержащих продуктов;
получение сплавов;
обработка металлов в горячем и холодном состоянии;
сварка;
нанесение покрытий из металлов;
область материаловедения, изучающая физическое и химическое поведение металлов, интерметаллидов и сплавов.
К металлургии примыкает разработка, производство и эксплуатация машин, аппаратов, агрегатов, используемых в металлургической промышленности. На условной границе между металлургией и горным делом находятся процессы окускования (подготовка обогащённого сырья к дальнейшей пирометаллургической переработке). С точки зрения академической науки их относят к металлургическим дисциплинам. С металлургией тесно связаны коксохимия, производство огнеупорных материалов, и химия (когда речь идёт о металлургии редкоземельных металлов, например).

Распространение и сферы применения

Из наиболее ценных и важных для современной техники металлов лишь немногие содержатся в земной коре в больших количествах: алюминий (8,9 %), железо (4,65 %), магний (2,1 %), титан (0,63 %). Природные ресурсы некоторых весьма важных металлов измеряются сотыми и даже тысячными долями процента. Особенно бедна природа благородными и редкими металлами.

Производство и потребление металлов в мире постоянно растёт. За последние 20 лет ежегодное мировое потребление металлов и мировой металлофонд удвоились и составляют, соответственно, около 800 млн тонн и около 8 млрд тонн. Изготовленная с использованием черных и цветных металлов доля продукции в настоящее время составляет 72—74 % валового национального продукта государств. Металлы в XXI веке остаются основными конструкционными материалами, так как по своим свойствам, экономичности производства и потребления не имеют себе равных в большинстве сфер применения.

Из 800 млн т ежегодно потребляемых металлов более 90 % (750 млн т) приходится на сталь, около 3 % (20—22 млн т) на алюминий, 1,5 % (8—10 млн т) — медь, 5—6 млн т — цинк, 4—5 млн т — свинец (остальные — менее 1 млн т).

Масштабы производства таких цветных металлов, как алюминий, медь, цинк, свинец, измеряются в млн т/год; таких как магний, титан, никель, кобальт, молибден, вольфрам- в тыс. т, таких как селен,

теллур, золото, платина — в тоннах, таких как иридий, осмий и т. п. — в килограммах.

Благодаря своим физическим свойствам (твёрдость, высокая плотность, температура плавления, электропроводность, звукопроводность, внешний вид и другим) они находят применение в различных областях. Применение металлов зависит от их индивидуальных свойств:

Сплавы и их применение

В чистом виде металлы применяются незначительно. Гораздо большее применение находят сплавы металлов, так как они обладают особыми индивидуальными свойствами. Наиболее часто используются сплавы алюминия, хрома, меди, железа, магния, никеля, титана и цинка. Много усилий было уделено изучению сплавов железа и углерода. Обычная углеродистая сталь используется для создания дешёвых, высокопрочных изделий, когда вес и коррозия не критичны.

Нержавеющая или оцинкованная сталь используется, когда важно сопротивление коррозии. Алюминиевые и магниевые сплавы используются, когда требуются прочность и легкость.

Медно-никелевые сплавы (такие, как монель-металл) используются в коррозионно-агрессивных средах и для изготовления ненамагничиваемых изделий. Суперсплавы на основе никеля (например, инконель) используются при высоких температурах (турбонагнетатели, теплообменники и т. п.). При очень высоких температурах используются монокристаллические сплавы.

Взаимодействие металлов с простыми веществами

На внешнем электронном уровне у большинства металлов небольшое количество электронов (1-3), поэтому они в большинстве реакций выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны)

Реакции с простыми веществами

С кислородом реагируют все металлы, кроме золота и платиновых металлов. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив. В зависимости от металла на выходе могут оказаться оксиды, пероксиды, надпероксиды:

Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом: Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании: С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий, образуя нитриды: С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины.
Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя сульфид:

С водородом реагируют металлы IA и IIA групп, кроме Be. Реакции осуществляются при нагревании, при этом образуются гидриды. В реакциях металл выступает как восстановитель, степень окисления водорода −1:

С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. При этом образуются ацетилениды или метаниды. Ацетилениды при взаимодействии с водой дают ацетилен, метаниды — метан.

Взаимодействие кислот с металлами

С кислотами металлы реагируют по-разному. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду активности металлов (ЭРАМ) до водорода, взаимодействуют практически со всеми кислотами.

Взаимодействие неокисляющих кислот с металлами, стоящими в электрическом ряду активности металлов до водорода
Происходит реакция замещения, которая также является окислительно-восстановительной:

Взаимодействие концентрированной серной кислоты H2SO4 с металлами.
Окисляющие кислоты могут взаимодействовать и с металлами, стоящими в ЭРАМ после водорода: Очень разбавленная кислота реагирует с металлом по классической схеме:

При увеличении концентрации кислоты образуются различные продукты:

Реакции для азотной кислоты (HNO₃)

При взаимодействии с активными металлами вариантов реакций ещё больше:

Библиография

Герасимов Я. И. Химическая термодинамика в цветной металлургии. Т. 1-7. / Я.И.Герасимов, А.Н.Крестовников, А.С.Шахов и др.— М.: Металлургиздат, 1960—1973.— 2108 с.

Павленко Н. И. История металлургии в России XVIII века. Заводы и заводовладельцы. М.: Издательство АН СССР, 1962.— 566 с.

Юсфин Ю. С., Пашков Н. Ф. Металлургия железа: Учебник для вузов.— Москва: Академкнига, 2007.— 464с.

Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия / Под ред..— Учебник для вузов. - 6-изд., перераб. и доп..— М.: Академкнига, 2005.— 768с.

Металловеды / Составитель С.С.Черняк— Иркутск: Изд-во ИрГУ, 2000.— 532 с.

Марки стали

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Марки сталей и их применение

Углеродистая сталь обыкновенного качества выпускается виде заготовок с установок непрерывной разливки труб, штамповок, ленты, проволоки следующих марок: СтО, Ст1кп, Ст1пс, Ст2кп и т.д.

Буквы Ст обозначают сталь, цифры – условный номер марки и не указывают массовое содержание углерода. Индексы означают: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь.

Углеродистая качественная сталь выпускается марок 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп, 15пс и т.д. Цифры в марке означают среднее массовое содержание углерода в сотых долях процента. Из этой стали делают ответственные детали машин и механизмов, штамповки, калиброванные прутки, серебрянку – светлые, круглые прутки точных размеров со специальной отделкой поверхности.

Углеродистая инструментальная сталь выпускается следующих марок:

– качественная – У7, У8, У9 и т.д. до У13

– высококачественная – У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А и У13А.

Цифры стоящие после буквы У (углеродистая инструментальная), указывают содержание углерода в десятых долях процента (например, в стали У7 содержится 0,7% С); буква Г – повышенное содержание марганца; буква А указывает, что сталь высококачественная.

Инструментальную сталь используют для изготовления режущих, измерительных и других инструментов (зубил, молотков, отверток, ножей, ножниц, сверл, хирургических инструментов и др.). В высококачественной стали содержится меньше серы, фосфора и других вредных примесей. Она лучше сопротивляется действию ударных нагрузок, имеет большую прочность.

Автоматная сталь ( с повышенным содержанием серы и фосфора) – углеродистая сталь специального назначения – маркируют буквой А, после которой следует цифра, показывающая среднее содержание углерода в сотых долях процента; буква Г – повышенное содержание марганца, Например, А12, А20, А30, А35, А40Г. Так как сера и фосфор придают стали хрупкость, поэтому она идет на изготовление малоответственных деталей, главным образом крепежных (втулки, болты и др.)

Для обозначения легирующих элементов приняты следующие буквы: Х – хром, Н – никель, Г – марганец, С – кремний, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, Т – титан, Ю – алюминий, Д – медь, П –фосфор, Р – бор, А – азот, Е – селен, Ц – цирконий, Б – ниобий.

Сталь может содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства.

Для стали конструкционной легированной принята маркировка, по которой первые две цифры указывают среднее массовое содержание углерода в сотых долях процента. Если содержание углерода меньше 0,1%, то первая цифра ноль, например 06, 08. Цифры, следующие за буквами (указывающими легирующее элементы) – процентное массовое содержание этих элементов в стали. Если за буквой отсутствует цифра, то это значит, что сталь содержит данный элемент в количестве до 1,5%, кроме элементов, присутствующих в малых количествах (для комплексно-легированных сталей). Например, марка 35Х обозначает хромовую сталь, в которой около 0,35% С и до 1,5% Cr; 45Г2 – марганцевую сталь с содержанием около 0,45% С и 2% Mn/

К конструкционным легированным сталям относятся:

1) цементируемые легированные стали (низкоуглеродистые и среднелегированные) получают, насыщая поверхность стали углеродом и подвергая ее термической обработке. Этим обеспечивается высокая поверхностная твердость и сохраняется прочность сердцевины металла.

Марки: 15Х, 18ХГ, 25 ХГМ и др.

Эти стали предназначены для деталей, работающих в условиях трения, при высоких давлениях и ударных нагрузках (деталей автотракторной, автомобильной промышленности и др.).

2) Улучшаемые легированные стали (среднеуглеродистые и низколигированные) термически улучшают, подвергая закалке и высокому отпуску (500-600 0 С) для обеспечения необходимых свойств (прочности, пластичности, вязкости).

Марки: 40ХС, 40ХФА, 50ХГ.

Эти стали применяют для деталей, работающих с переменными и ударными нагрузками (валы, шатуны, зубчатые колеса и т.д.)

3) Высокопрочные легированные стали – это стали, имеющие предел прочности 180–200 кг/мм 2 . В качестве высокопрочных широкое применение получили стали с 0,45-0,50% С, дополнительно легированные Cr, Mo, W и V. После закалки и низкотемпературного отпуска предел прочности этих сталей достигает 200-220 кг/мм 2 при сравнительно удовлетворительной пластичности и вязкости. Такие стали находят применение в машино-, ракето- и самолетостроении.

Инструментальная легированная сталь входит в группу среднелегированных сталей. Введение хрома, вольфрама, ванадия, молибдена, марганца, кремния, никеля придает инструментальным сталям высокую твердость, износоустойчивость, способность выдерживать высокие температуры, не теряя твердость, и другие ценные свойства.

По сравнению с ними углеродистые стали хрупки (особенно после закалки), поэтому, изготовленные из них режущие инструменты при нагреве ~ до 200 0 С теряют свою твердость.

Инструментальную легированную сталь делят на две группы:

группа I – стали для режущего и измерительного инструмента марок 7XФ, 8ХФ, 11Х, 13Х, ХВ5, В1, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВГС, 9Х5Ф, 9Х5ВФ, 8Х4ВФ1; из них изготавливаю пилы, резцы, фрезы, метчики, развертки, сверла, клейма и др.

группа II – стали для штампованного инструмента марок 9Х, Х6ВФ, Х12, 5ХНМ, 5ХГМ, 6ХВТ и ряд других; применяют для изготовления горячих и холодных штампов, молотовых штампов, пресс-форм и т.д.

К инструментальным легированным сталям относится также быстрорежущая сталь, отличающаяся высокой твердостью и теплостойкостью. Они входят в группу высоколегированных сталей. Установлены следующие марки быстрорежущей стали: Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р9Ф5, Р9К10, Р18Ф2 и др. Эти стали применяют при обработке широкого круга конструкционных материалов, для резьбонарезных инструментов, работающих с ударными нагрузками, для отделки материалов с абразивными свойствами (пластмасс, эбонита) и т.д.

Легированные стали специального назначения подразумеваются на две группы:

стали с особыми физическими свойствами,

стали с обычными химическими свойствами.

Стали с особыми физическими свойствами применяют для изготовления деталей машин и механизмов, обладающих этими свойствами. Так, в электротехнике для изготовления постоянных магнитов, электромагнитов, трансформаторов применяют сплавы, имеющие большую магнитную проницаемость. Для элементов электронагревательных устройств, реостатов нужны сплавы с высоким омическим сопротивлением. В приборах, где ферромагнитные материалы могут повлиять на точность показаний, применяются немагнитные сплавы.

Все эти свойства стали приобретают за счет введения легирующих примесей. Они являются высоколегированными. Стали и сплавы с высоким омическим сопротивлением состоят из хрома и никеля. Их марки Х15Н60, Х20Н80 и др.

Магнитотвердые сплавы идут на изготовление постоянных магниовв. Их марки 52КФ11, 52 Кф13 (первая цифра – содержание кобальта, цифра после буквы Ф – содержание ванадия в %).

Магнитомягкие сплавы марок 50 Н (50% Ni), З4НКМ, 38НС и др. используют для изготовления сердечников, трансформаторов, электромагнитов.

Немагнитные стали – являются заменителями цветных металлов в электромашиностроении. Применяются стали марок Н25, 55Н9Г9.

Износоустойчивые стали используются для изготовления рабочих элементов землеройных машин, шаровых мельниц и других сильно изнашивающихся деталей. К ним относятся высокмарганцовистые стали марки Г13.

Существуют и другие сплавы с особыми физическими свойствами.

К группе сплавов с особыми химическими свойствами относятся высоколегированные коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные стали.

Коррозионостойкие (нержавеющие) стали – это высокохромистые стали марок 1Х13, 2Х13, 3Х13 и др. (первая цифра указывает на содержание углерода в десятых долях %, остальные – содержание хрома в %). Кроме хрома, в состав сталей вводятся никель, титан, ванадий (марки 1Х13Н3, 1 Х17Н2 и др.)

Жаростойкие (окалиностойкие) стали не окисляются при действии высоких температур и небольших нагрузок. Стойкость против окисления в этих сплавах создается за счет введения хрома, алюминия, кремния. Марки: Х28, Х5, 1Х12 СЮ и др. Из них изготавливаются камеры сгорания, чехлы к термопарам, муфели.

Жаропрочные стали сохраняют прочность при высоких температурах и могут работать в этих условиях под действием больших нагрузок (детали реактивных двигателей, лопасти паровых и газовых турбин). Жаропрочные стали являются одновременно и жаростойкими. Марки жаропрочных сталей: ХН70ВМТЮ, ХН75МБТЮ и др.

Классификация, маркировка, области применения углеродистых сталей

«Классификация, маркировка, области применения углеродистых сталей»

1. Сталь различных способов производства

В зависимости от способа производства стали отличаются по содержанию примесей, чем и обусловлено различие в их свойствах.

Сталь подразделяют на бессемеровскую, мартеновскую, кислородно-конвертерную и электросталь.

Самый прогрессивный способ получения стали – конвертерный (продолжительность плавки – 30-60 мин.).

Длительность мартеновской плавки до 11 часов.

Сталь получают из чугуна, содержащего большое количество Mn, P, S, C, Si.

При производстве стали примеси удаляют, окисляя их и переводя в шлак, снижают содержание углерода.

Большое количество окислов FеО в стали ухудшают ее качество. Для снижения количества окислов (т.е. содержания кислорода) сталь раскисляют, путем добавления ферромарганца – FeMn, ферросилиция – FeSi, а также Al, Ti.

Эти раскислители имеют сродство к кислороду больше, чем железо.

В зависимости от раскисления стали делят на:

спокойную сталь – раскисляют FeMn, FeSi, Al или Ti. Обозначают сп.

кипящую сталь – раскислена только FеMn. Обозначают кп.

полуспокойную сталь – раскислена FеMn и Al, т.е. характеризуется промежуточным раскислением. Обозначают пс.

Стали отличаются по химическому составу в зависимости от раскисления:

сп – 0,14 – 0,3% Si, ~ 0,002% О₂;

пс – 0,05 – 0,10% Si, ~ 0,01% О₂;

Качество сталей определяется содержанием в них вредных примесей: серы и фосфора.

Конструкционные стали изготавливают обыкновенного качества и качественными; инструментальные стали – качественными и высококачественными.

3. Стали обыкновенного качества

Данные стали в процессе выплавки меньше очищаются от вредных примесей и содержат больше S и Р, большое количество неметаллических включений, значительно развита ликвация. Содержание S до 0,05%; Р до 0,04%.

Маркируются: Cт0, Cт 1, Cт2, Cт3, Cт4, Cт5, Cт6.

Все эти стали по структуре доэвтектоидные – 0,06-0,49%С.

Указание способа раскисления:

Cт 1 пс Cт 3 пс

Cт 1 сп Cт 3 сп

Начиная со стали 4 выпускают только стали сп и пс: Cт6сп, Cт6пс.

Каждая марка стали выполняется в 14 вариантах, которые гарантируют определенные механические, химические свойства (у_в, у_т, KCV, д, содержание Р, S, Mn, C…).

Рассмотрим в качестве примера сталь – Cт3сп4.

Первая цифра «3» – указывает только порядковый номер марки стали по ГОСТ 380-88, а не содержание углерода. Но с увеличением номера содержание углерода увеличивается. Чем больше содержится в стали углерода, тем выше прочность (у_т, у_в) и ниже пластичность (д, ш, KCU).

Вторая цифра «4» (может изменяться от 1 до 5) – гарантирует определенные механические свойства и химический состав стали (категория поставки).

Стали 1-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам (предел текучести (у_т, МПа), временное сопротивление (у_в, МПа), относительное удлинение (д, %)).

Стали 2-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам и химическому составу.

Стали 3-й категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при +20 0 С.

Стали 4-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при -20 0 С.

Стали 5-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу, ударной вязкости при -20 0 С и после старения.

Таблица № 1 Состав сталей и механические свойства сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-88)

Читайте также: