Презентація на тему:
Чорна металургія: Поняття про хімію й структуру заліза та сталі

Чорна металургія: Хімія й структура заліза та сталі

Чисте залізо Залізо з якого залишковий вуглець, що залишився після плавки, був вилучений. У чистому виді дуже м'який сірий метал. Не має комерційного використання.

Залізо, що кується Має приблизно 0,05% вуглецю. Використовується приблизно з 2000 року до н.е. Більшість інших чистих металів не є такими міцними, як залізо, що кується. Використовується для виготовлення зброї, каструль та іншого посуду. Основною перешкодою для більш широкого використання є неможливість виготовлення великих предметів і зварювання.

Залізний міст Абрахама Дарби

Чавун Містить від 2% до 4% вмісту вуглецю. Звичайні сірі чавуни дуже крихткі через скупчення вуглецю, який є концентратором напруги. Можливе використання теплової обробки для поліпшення структури чавуну та заліза, що кується.

Чавун, що кується, використовується для виготовлення вуличних кришок

Сірий чавун. Показано пластини графіту в перлітній матриці.

Сталь містить 0,001% – 1,5% вуглецю. Широкий спектр властивостей сталей формується за рахунок: Різного вмісту вуглецю. Холодної обробки. Термообробки. Додавання легуючих елементів.

Мікроструктура сталей П'ять основних складових: Феррит Аустеніт Цементит Перліт Мартенсит

Феррит це структура чистого заліза. Має об‘ємноцентровану кубічну кристалічну структуру. Він м'який і пластичний й передає ці якості сталі. Дуже мало вуглецю (менше 0,01%). Широко відомий як -залізо.

Мікрофотографія вуглецевої сталі, яка містить 0,1% вуглецю (м'яка сталь). Світлі ділянки – феррит.

Аустеніт – це структура заліза при високій температурі (більше 9120С). Має гранєцентровану кубічну кристалічну будову. Ця структура важлива тому, що це структура з якої формуються інші структури заліза під час охолодження матеріалу. Відомо як -залізо. Не представлено при кімнатній температурі.

Цементит – це з'єднання заліза з вуглецем, карбід заліза (Fe3C). Він твердий й крихткий, і його присутність у сталях приводить до збільшення твердості й зниження пластичності й міцності.

Перліт – структура, що формується із шарів ферриту й цементиту. Він поєднує у собі твердість і міцність цементиту із пластичністю ферриту, що забезпечує широкий спектр властивостей сталей.

Двовимірний вид перліту, що складається із шарів цементиту й ферриту

Тривимірна аналогія структури перліту, тобто капуста являє собою монокристал перліту, а вода у ведрі – монокристал ферриту.

Мартенсит – дуже тверда структури заліза й вуглецю. Формується тільки при дуже швидкому охолодженні з аустенітною структурою (тобто вище верхньої критичної температури). Повинна бути змінена при відпуску для досягнення прийнятних властивостей.

Структура мартенситу, схожа на голки, білі зони – аустеніт.

Вуглець У сталях вуглець не присутній у вигляді вільного вуглецю. Він весь розчинений у залізі в рамках описаних вище структур.

0,1% вуглецева сталь Зверніть увагу на невелику кількість перліту в структурі вуглецевої сталі

Використання Типове застосування сталі, що містить мало вуглецю, в кузові.

Вплив вмісту вуглецю Збільшення вмісту вуглецю зменшує кількість ферриту й збільшує частку перліту в структурі.

0,2% вуглецева сталь Зверніть увагу на збільшення кількості перліту в порівнянні з 0,1% сталлю.

Євтектична структура Це приводить до підвищення міцності й твердості й зниженню пластичності. Це триває, поки є 0,8% вуглецю, при якій структура становить 100% перліту. Це називається євтектичною структурою.

Якісні показники вуглецевих сталей Вміст вуглецю, % Якісні показники Застосування 0,01 – 0,1 М‘яка, пластична, що зварюється. При пресуванні, де потрібна висока пластичність 0,1 – 0,25 Міцна, пластична, що зварюється. У загальному машинобудуванні для м'яких сталей. 0,25 – 0,6 Дуже міцна, термообробка дає широкий вибір властивостей в умовах загартування й відпуску. Погано підлягає зварюванню. Можуть стати кріхткими нижче кімнатної температури. Прутки й поковки для широкого кола інженерних деталей: шатуни, пружини, молотки, колісні вали, що вимагаютьі твердості й міцності.

Якісні показники вуглецевих сталей Вміст вуглецю, % Якісні показники Застосування 0,6 - 0,9 Міцні, незалежно від наявності термообробки. Пластичність нижче при меншій кількості вуглецю Використовуються там, де важлива витривалість, а не твердість. Інструменти або зносостійкість компонента. 0,9 – 2,0 Зносостійки і можуть бути зроблені дуже твердими на шкоду міцності й пластичності. Не можуть зварюватися. Мають тенденцію до крихкості при відсутності ретельного контролю конструкції. Різальний інструмент, наприклад зубила, леза для пил.