Влияние примесей на свойства стали и чугуна

 

Марганец: Марганец тормозит выделение графита, способствует размельчению перлита и отбеливанию чугуна; взаимодействуя с серой, нейтрализует ее вредное действие. Механические свойства чугуна повышаются при содержании марганца до 0,7-1,3 %, а при дальнейшем увеличении - снижаются. Марганец увеличивает усадку сплава

 

Сера: Сера снижает прочность и пластичность, но несколько повышает износостойкость сплава, считается вредной примесью, придает чугуну красноломкость (образование трещин при высоких температурах), препятствует выделению графита                                                            

Фосфор: Фосфор на процесс графитизации углерода влияет слабо, но повышает жидкотекучесть сплава, придает чугуну хладноломкость, т. е. хрупкость

 

Никель: Никель - легирующий элемент, благоприятно влияет на выравнивание механических свойств в отливках с различной толщиной стенок, повышает твердость на 10 НВ. С увеличением содержания никеля возрастает коррозионная стойкость и улучшается обрабатываемость сплава

 

Хром: Хром - карбидообразующий элемент. С увеличением хрома растет прочность и твердость отливок, замедляется процесс графитизации углерода

 

Молибден: Молибден - легирующий элемент; замедляет процесс графитизации углерода и способствует карбидообразованию. С увеличением содержания молибдена повышается твердость без ухудшения обрабатываемости и возрастает сопротивление износу

 

Медь: Медь способствует графитизации углерода, увеличивает жидкотекучесть, повышает прочность и твердость сплава

 

Высокопрочный чугун:

Углерод: Увеличенное содержание углерода улучшает литейные свойства чугуна

 

Кремний: С повышением содержания кремния возрастает предел прочности при растяжении, при дальнейшем увеличении содержания - уменьшаются предел прочности при растяжении и относительное удлинение

 

Марганец: С повышением содержания марганца уменьшается доля феррита и увеличивается количество перлита; при этом повышается предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение. Для повышения износостойкости содержание марганца увеличивают до 1,0- 1,3%

 

Магний: Для образования графита шаровидной формы содержание магния должно быть не ниже 0,03%, а церия не ниже 0,02% (остаточное содержание). При более низком содержании не весь графит получает шаровидную форму; часть его содержится в виде пластинок, что снижает механические свойства сплава. При повышенном содержании магния (и церия) в структуре сплава образуется цементит и, следовательно, снижаются механические свойства. Оптимальное содержание остаточного магния - 0,04-0,08%

 

Сера: Чем выше содержание серы в исходном чугуне, тем труднее получить полностью шаровидную форму графита и, следовательно, высокие механические свойства

 

Фосфор: Фосфор оказывает существенное влияние на структуру и механические свойства. Чтобы получить чугун с высокой пластичностью, содержание фосфора не должно превышать 0,08%. Для получения чугуна с невысокой пластичностью содержание фосфора увеличивают до 0,12-0,15%

 

Никель: Никель влияет на тепло- и электропроводность, а также на коррозионную стойкость и жаростойкость сплава. С увеличением содержания никеля эти свойства повышаются

 

Хром: С увеличением содержания хрома в определенных пределах повышается жаростойкость, коррозионная стойкость и износостойкость сплава

 

Медь: При содержании в сплаве 1 % меди прочность при растяжении повышается до 40%, а текучесть - до 50 % и соответственно при 2% меди - до 65% и до 70%. Содержание меди более 2% препятствует образованию в структуре сплава шаровидного графита

 

Ковкий чугун:

Углерод: Углерод - основной регулятор механических свойств ковкого чугуна; чугун обладает низкой жидкотекучестью и требует высокого перегрева

 

Кремний: Для ферритного ковкового чугуна суммарное содержание кремния и углерода должно быть 3,7-4,1%. Содержание кремния зависит от количества углерода и толщины стенки. При содержании кремния до 1,5% механические свойства сплава повышаются

 

Марганец: Марганец увеличивает количество связанного углерода, повышает прочность феррита. При повышении содержания марганца до 0,8-1,4% увеличивается количество перлита, прочность сплава повышается, но резко падает пластичность и ударная вязкость. В ферритном чугуне содержание марганца не должно превышать 0,6%, в перлитном - 1,0%

 

Сера: Содержание серы в ферритном ковком чугуне, модифицированном алюминием, может быть повышено до 0,2 %; при этом механические свойства возрастают за счет улучшения формы графита. Определяющее влияние на механические свойства чугуна оказывает отношение содержания марганца и серы, которое должно быть в пределах 0,8-3,0

 

Фосфор: Фосфор оказывает такое же, как для серого чугуна влияние на структуру и механические свойства сплава

 

Никель: Никель способствует графитизации углерода и увеличивает количество перлита в металлической основе сплава

 

Хром: Хром замедляет процесс графитизации углерода. Содержание хрома в сплаве не превышает 0,06-0,08%; повышение содержания до 0,1 -0,12% приводит к образованию в структуре сплава стойких карбидов

 

Молибден: Молибден способствует измельчению перлита и графитовых включений, увеличивает предел прочности на 3-7 кгс/мм2 при содержании молибдена 0,5%; замедляет процесс графитизации углерода

 

Медь: Медь способствует графитизации углерода и увеличивает содержание в сплаве перлита

 

Воздействие отдельных элементов  на чугун в целом.

 

Алюминий Al (До 0,03%): Способствует образованию водородных газовых пор в тонких сечениях при содержании Al выше 0,005%. Нейтрализует азот. Способствует образованию дросса. При Al свыше 0,08% оказывает отрицательное воздействие на форму шаровидных включений графита. Может быть нейтрализован церием. Сильный стабилизатор графита.

 

Сурьма Sb (До 0,02%): Сильный стабилизатор перлита и карбидов. Препятствует образованию шаровидного графита в отсутствие РЗМ.

 

Мышьяк As (До 0,05%): Сильный стабилизатор перлита и карбидов. Улучшает форму шаровидного графита.

 

Барий Ba (До 0,003%): Усиливает образование центров графитизации графита и увеличивает продолжительность действия модификатора. Снижает тенденцию к отбелу и способствует образованию графита.

 

Висмут Bi (Свыше 0,01%): Способствует образованию отбела и нежелательных форм графита. Увеличивает число включений шаровидного графита в ВЧ, содержащем РЗМ (церий). Чрезмерное число шаровидных включений графита может спровоцировать усадку.

 

Бор В (До 0,01%): Свыше 0.001 % способствует образованию карбидов особенно в ВЧ. 0,002 % B улучшает способность к отжигу ковкого чугуна.

 

Кальций Са (До 0,01%): Улучшает степень шаровидности включений графита. Снижает тенденцию к отбелу и способствует образованию графита.

 

Церий Се (До 0,02%): Как правило, не используется в сером чугуне. Подавляет отрицательное воздействие нежелательных элементов в ВЧ. Улучшает степень шаровидности графита. Стабилизатор карбидов из-за сегрегации.

 

Хром Cr (До 0,3%): Способствует образованию отбела и перлита. Повышает прочность. Образует скопления карбидов в ВЧ при содержании выше 0,05 %.

 

Кобальт Со (До 0,02%): Не оказывает существенного воздействия на чугун.

 

Медь Cu (До 0,5%): Способствует образованию перлита. Повышает прочность. Ослабляет процесс ферритизации в ВЧ. Отсутствие вредного воздействия.

 

Водород Н : Образует подповерхностные газовые поры. В незначительной степени способствует образованию отбела. Способствует отбелу при недостатке марганца для нейтрализации серы. Способствует образованию крупных включений графита.

 

Свинец Pb (До 0,005%): Способствует образованию нежелательных структур графита в сером чугуне и существенно снижает прочность при содержании > 0,004 %. Способствует образованию перлита и карбидов. Вызывает образование дегенеративных форм шаровидных включений графита. Отрицательное воздействие на графит в ВЧ нейтрализуется РЗМ (церием).

 

Магний Mg (0,03 - 0,08%): Способствует образованию шаровидных включений графита и стабилизирует карбиды в ВЧ. Не используется в серых чугунах.

 

Марганец Mn (0,2 - 1,0%): Нейтрализует серу, образуя MnS. Способствует образованию перлита. Образует скопления карбида в ВЧ. При высоком содержании способствует образованию газовых пор в сочетании с высоким содержанием серы.

 

Молибден Мо (До 0,1%): Способствует образованию перлита. Повышает прочность. Может способствовать формированию усадки и образованию карбидов.

 

Никель Ni (До 0,5%): В небольших количествах слабое воздействие на расплав. Графитизирующий эффект в больших количествах.

Азот N (До 0,015%): Способствует формированию компактных структур графита. Способствует образованию перлита. Повышает прочность. Высокое содержание приводит к образованию трещин в толстых сечениях. Может быть нейтрализован Al, Ti и Zr. Оказывает незначительное влияние на ВЧ.

 

Фосфор Р (До 0,1%): Повышает углеродный эквивалент. Повышает жидкотекучесть. Формирует фосфидную эвтектику. Оказывает отрицательное воздействие на ВЧ при содержании > 0,05 %. При содержании > 0,04 % вызывает образование пригара.

 

Кремний Si (0,8-4,0%): Способствует графитизации, снижает отбел, стабилизирует феррит, повышает литейные свойства.

 

Сера S (До 0,15% (серый чугун)): Оказывает сильное отрицательное воздействие на структуры и свойства, если не сбалансирована марганцем. Повышает чувствительность СЧ к модифицированию. Может требовать увеличения навесок Mg в ВЧ. Содержание серы в ВЧ не должно превышать 0,03 %.

 

Стронций Sr (До 0,003%): Способствуют формированию графита в СЧ и ВЧ. В значительной степени снижает отбел в сером чугуне.

 

Теллур Те (До 0,003%): Сильный стабилизатор карбидов. Вызывает образование многих нежелательных форм графита. Влияние Те выражено при содержании с 0,0003 %. Влияние уменьшается в сочетании Те с Mg и Ce в ВЧ

 

Олово Sn (До 0,15%): образованию перлита. Повышает прочность. Охрупчивает ВЧ при содержании > 0,08%. Не отмечено других вредных проявлений.

 

Титан Ti (До 0,10%): Нейтрализует азот в сером чугуне. Вызывает формирование водородной пористости в присутствии алюминия. Вызывает образование переохлажденного графита в сером чугуне. Подавляет формирование шаровидных включений графита при производстве ЧВГ.

 

Вольфрам W (До 0,05%): Редко присутствует в существенных объемах. Средний по силе стабилизатор перлита.

 

Ванадий V (До 0,10%): Вызывает образование отбела. Измельчает включения пластинчатого графит. Существенно повышает прочность.

 

 

Марка :  ВСт5сп

Классификация:  Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества

Применение:  детали клепаных конструкций, болты, гайки, ручки, тяги, втулки, ходовые валики, клинья, цапфы, рычаги, упоры, штыри, пальцы, стержни, звездочки, трубчатые решетки, фланцы и др. детали, работающие в интервале температур от 0 до +425 °С; поковки сечением до 800 мм.

 

Химический состав в % материала  ВСт5сп .

С: 0.28 - 0.37 ; Si:  0.15 - 0.35 ; Mn: 0.5 - 0.8 ;  Ni:  до 0.3 ; S:  до 0.05 ;

P:  до 0.04 ;  Cr:  до 0.3 ; Cu:  до 0.3 ; As: до 0.08

 

С- углерод ; Si- кремний ; Mn- марганец ; Ni- никель ; S- сера ; Р- фосфор ; Сr- хром ; Аs- мышьяк

 

По степени раскисления –  спокойная   (СПОКОЙНАЯ СТАЛЬ - литая сталь, более полно раскисленная по сравнению с кипящей и полуспокойной сталью, что достигается вводом в металл, находящийся в печи или в ковше, увеличенного количества сильных раскислителей - ферросилиция, алюминия и др. Застывает сталь спокойно, без кипения и выделения искр; отличается плотной однородной структурой.)

 

 

Марка: 

40Г2

Классификация: 

Сталь конструкционная легированная

Применение:  

оси, коленчатые валы, поршневые штоки, рычаги, распреде лительные валики, карданные валы, полуоси и другие детали.

 

Химический состав в % материала 40Г2:

С: 0.36 - 0.44 ; Si: 0.17 - 0.37 ; Mn: 1.4 - 1.8 ; Ni: до 0.3 ; S: до 0.035 ; Р: до 0.035 ; Сr: до 0.3 ; Сu: до 0.3

 

Cu- медь                                                         

Литература и сайты

 

http://delta-grup.ru/bibliot/3k/8-2.htm

http://www.methim.ru/Svojjstva_metallov_i_splavov/Vlijanie_primesejj_na_svojjstva/index.html

http://metall-splav.ru/stalpro-2.html

http://www.metallsk.ru/st22.html

http://www.b-metal.ru/tech.html

http://steelcast.ru/vliyanie_elementov_na_svoystva_chuguna

http://www.uralpsk.ru/VSt5sp.html

http://www.metallotorg.ru/info/guide/markistaleu/6176

http://www.uralpsk.ru/40G2_.html

http://www.metallotorg.ru/info/guide/markistaleu/5990

 

Н.А. Минкевич «Свойства, тепловая обработка и  назначение стали и чугуна», Москва 1982г.

 

Федоров В.Б., Шоршоров М.Х., Хакимова Д.К. «Углерод и его взаимодействие с металлами.» М: Металлургия, 1978.