Сплавы железа с углеродом. Классификация и маркировка сталей.
Сталь – сплав железа с углеродом, с содержанием углерода не более 2,14%:
Стали классифицируются по множеству признаков.
1) По химическому: составу: углеродистые и легированные.
2) По содержанию углерода:
- низкоуглеродистые, с содержанием углерода до 0,25 %;
- среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0,3…0,6 %;
- высокоуглеродистые, с содержанием углерода выше 0,7 %
3) По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора:
– углеродистые стали обыкновенного качества:
– качественные стали;
– высококачественные стали.
4) По способу выплавки:
- в мартеновских печах;
- в кислородных конверторах;
- в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.
5) По назначению:
- конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и
механизмов;
- инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;
- специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.
Маркировка сталей.
Принято буквенно-цифровое обозначение сталей.
- Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380). Стали содержат повышенное количество серы и фосфора. Маркируются: Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп. Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 - это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существует три группы сталей: А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав. Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.
- Качественные углеродистые стали. Качественные стали поставляют с гарантированными механическимисвойствами и химическим составом (группа В). Степень раскисленности, восновном, спокойная.
А) Конструкционные качественные углеродистые стали Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной. Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45. Содержание углерода, соответственно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %.
Б) Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента.
Сталь У8, сталь У13. Содержание углерода, соответственно, 0,8 % и 1,3 %
- Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А, для обозначения высокого качества стали.
- Легированные стали – стали, в состав которых входят легирующие элементы: хром, молибден, никель и т.д., для сообщения стали требуемых свойств. Присутствие легирующих элементов, повышает прочность стали без применения термической обработки:
- низколегированная (содержание элементов до 2,5%);
- среднелегированная (от 2,5% до 10%);
- высоколегированная (более 10%).
В маркировке легированных сталей каждый легирующий элемент обозначается буквой:
Н – никель Р – бор В - вольфрам
Х – хром Б – ниобий Т - титан
К – кобальт Ц – цирконий Ф - ванадий
М – молибден С – кремний Ю – алюминий.
Г – марганец П - фосфор
Д – медь Ч – редкоземельные металлы
Например: 30ХГС
Первые цифры в маркировке показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буквы, соответственно легирующий элемент сплава. Цифры, идущие после букв, указывают среднее содержание данного элемента. Если содержание элемента 
1%, то цифра не ставится. В стали 30ХГС: 0,30% - углерода; хрома 1%; марганца 1%; кремния 1%.
- Опытные марки сталей не включенные в ГОСТ обозначаются буквами ЭИ, ЭП, ДИ и порядковым номером. Например: ЭИ956, ЭИ958, ЭП478, ДИ22и т.д.
- Некоторые стали имеют нестандартные обозначения. Быстрорежущие инструментальные стали Сталь Р18. Шарикоподшипниковые стали Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома.
Чугун.
Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий 2,14-6,67% углерода. Чугун обладает хорошими литейными качествами, и является сырьем для выплавки стали. Чугун получают из железной руды с помощью топлива и флюсов.
Чугуны классифицируют:
Передельный чугун применяется, главным образом, для выплавки стали.
Специальные чугуны применяются в качестве специальных добавок при производстве стали, для раскисления стали, т е для удаления из стали вредной примеси – кислорода.
Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается литью, трудно обрабатывается режущим инструментом. Он обычно идет на переплавку в сталь или на получение ковкого чугуна и поэтому называется передельным.
Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей, работающих на износ. Маркируется буквами СЧ и двузначным числом, обозначающим минимальное временное сопротивление при растяжении, например СЧ10.
Ковкий чугун получают термообработкой из белого чугуна и получил такое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из этого чугуна изготавливают детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т.д. Маркируется буквами КЧ и двухзначным числом, обозначающим временное сопротивление при растяжении.
Высокопрочный легированный чугун получают введением в жидкий серый чугун специальных добавок. Он применяется для изготовления более ответственных изделий, заменяя сталь (коленчатых валов, поршней, зубчатых колес и др.). Маркируется буквой Ч и последующими буквами, указывающими наличие легирующих элементов, цифры после каждого элемента обозначают среднее содержание в процентах. Например ЧХ1, ЧХМ, ЧХ3.
Алюминий и его сплавы.
Алюминий выгодно отличается от других цветных металлов малой плотностью, высокой пластичностью, а так же теплопроводностью и коррозионной стойкостью. Из алюминия изготавливают теплообменники, сосуды, аппараты и трубопроводы. Максимальная температура стенки аппаратов 1500С. Прочность алюминия невысока, поэтому аппараты, изготовленные из алюминия, не могут работать при высоких давлениях.
Большее применение находят алюминиевые сплавы, превосходящие алюминий и другие цветные металлы по многим свойствам, по показателям прочности. Алюминиевые сплавы в соответствии с основными компонентами получили следующие названия: силумины (алюминий-кремний), дюралюмины (алюминий-медь-марганец). В зависимости от назначения они подразделяются на литейные и деформируемые.
Сплавы алюминиевые литейные применяют для фасонных отливок и выпускаются 37 марок. Маркируется буквами АЛ, после которых цифры указывающие номер сплава. Например: АЛ2.
Сплавы алюминиевые деформируемые предназначены для изготовления листов, лент, полос, плит, профилей, панелей и т. д. методом горячей или холодной деформации. Маркируется АД, ММ, АД31.
Применение алюминиевых сплавов всегда рационально там, где они могут заменить нержавеющие стали, латунь и более дорогие цветные металлы. Из них изготавливают крышки и верхние пояса резервуаров для хранения агрессивных продуктов, емкости для жирных кислот, нефтепроводы и т.д.