Чорні метали виходять із залізної руди, яка є оксиди заліза, змішані з порожньою породою (земля, пісок, глина, вапняк і ін.). Вміст заліза в руді, що піддається переробці, коливається в межах 48-72%.
чавун
Чавун - сплав заліза з вуглецем. Зміст вуглецю в чавуні від 1,7 до 6,7%. Однак практичне застосування мають чавуни з вмістом вуглецю 3,5-4,5%.
Крім вуглецю, в чавуні завжди містяться домішки кремнію, марганцю, сірки і фосфору.
Кремній сприяє утворенню в чавуні вільного вуглецю у вигляді графіту, внаслідок чого при плавці виходить сірий чавун.
Марганець перешкоджає виділенню графіту і утримує вуглець в хімічно зв'язаному стані з залізом; тому при певному змісті марганцю виходить білий чавун.
Сірка - шкідлива домішка, так як надає чавуну густоплавкость, а в виливках утворює раковини; крім того, сірка надає металу крихкість в нагрітому стані.
Фосфор в невеликих кількостях (0,2-0,3%) необхідний, особливо в ливарному чавуні, так як повідомляє чавуну жідкоплавкость. Поряд з цим фосфор робить чавун крихким і ламким в холодному стані. Фосфористі чавуни з великим вмістом фосфору добре заповнюють форми і тому застосовуються для художнього лиття.
Основні сорти чавунів:
- сірий
- білий
- ковкий
- легований
Сірий чавун - жідкоплавкій, добре заповнює форми, при затвердінні дає малу усадку, легко обробляється різанням. При нагріванні зберігає свою твердість до температури плавлення, а потім швидко переходить в рідкий стан. Застосовується для відливання блоків циліндрів, поршневих кілець, маховиків, провідних дисків зчеплення, картерів коробок передач і ін.
Білий чавун (переробний) - густоплавкій, крихкий і настільки твердий, що важко піддається обробці різанням. Переробляється в сталь і застосовується для виготовлення ковкого чавуну.
Ковкий чавун по своїх властивостях займає середнє місце між чавуном і сталлю. Допускає при правці невеликі вигини, але ніколи не кується. Вироби з ковкого чавуну виходять шляхом виливки їх з білого чавуну з подальшим тривалим відпалом протягом декількох десятків годин при 950-1000 °. Виливки з білого чавуну можна літати в нейтральному середовищі (пісок, шлак) або в окисленої середовищі (окалина, червоний залізняк).
У першому випадку вуглець відділяється від заліза у вигляді дуже дрібних включень, що залишаються в сплаві, а в другому - значна кількість відокремилася вуглецю вигорає. Після цього чавун стає менш крихким і добре піддається механічній обробці. З ковкого чавуну виготовляють шківи вентиляторів, педалі зчеплення і гальма, маточини коліс, деталі заднього моста і ін.
Легований чавун являє собою звичайний сірий чавун, в якому містяться спеціальні домішки інших металів: хром, нікель, молібден, ванадій, мідь і ін. Ці домішки підвищують механічні властивості чавуну, стійкість проти корозії, обгорання і стирання. З легованого чавуну виготовляють блоки циліндрів, гільзи блоків, головки блоків двигунів, сідла випускних клапанів і інші відповідальні деталі.
сталь
Сталь виходить з білого чавуну шляхом зниження в ньому вмісту вуглецю до 0,05-1,7%.
Крім вуглецю, до складу стали входять:
- сірка
- фосфор
- кремній
- марганець
- хром
- вольфрам
- ванадій
- нікель
- кобальт
- та ін.
Сірка - шкідлива домішка, надає стали красноломкость, т. Е. Крихкість при червоному калі; вміст сірки в стали не повинно перевищувати 0,03-0,05%.
Фосфор - шкідлива домішка, надає стали хладноломкость, т. Е. Крихкість в холодному стані; допустимий вміст фосфору в сталі 0,02-0,06%.
Кремній підвищує гнучкість і в'язкість стали; нормальний вміст кремнію 0,15-0,4%.
Марганець збільшує твердість і опірність стали стирання, але перешкоджає вуглецюванню її при цементації; нормальний вміст марганцю до 0,8%.
Хром збільшує твердість, але зменшує в'язкість; вміст хрому вище 15% робить сталь нержавіючої.
Вольфрам надає стали твердість, пружність і в'язкість, а також здатність гартуватися на повітрі, якщо вміст вольфраму в ній більше 4%.
Ванадій збільшує міцність, в'язкість і пружність стали.
Нікель надає стали в'язкість.
Кобальт підвищує твердість сталі.
Основні властивості стали - міцність, твердість, пружність, гнучкість, зварюваність і здатність гартуватися. Чим більше сталь містить вуглецю, тим вище її міцність, твердість, пружність і здатність гартуватися і тим нижче гнучкість і зварюваність.
За хімічним складом сталі поділяються на дві групи:
- вуглецеві, в яких головною домішкою до заліза є вуглець
- спеціальні, або леговані, в яких, крім вуглецю, містять окремі домішки - хром, вольфрам, нікель, ванадій і ін.
За призначенням сталі діляться на:
- інструментальні
- конструкційні
Для того, щоб правильно застосовувати той чи інший сорт стали і піддавати її правильної термічній обробці, сталь маркують.
Інструментальна звичайна вуглецева сталь позначається буквою У і цифрою, що показує вміст вуглецю в десятих частках відсотка. Ндпрімер: У7, У8, У9, У10, У12 й У13, де цифри відповідно позначають 0,7; 0,8, 0,9; 1,0; 1,2 і 1,3% вуглецю.
Інструментальна високоякісна вуглецева сталь, що містить не більше 0,02% сірки і 0,03% фосфору, має маркування з додаванням літери А, наприклад, У7А, У8А і т. Д.
Інструментальні стали застосовуються для виготовлення різних слюсарних і інших інструментів.
Конструкційна якісна вуглецева сталь з нормальним вмістом марганцю (до 0, 8%) застосовується для виготовлення автомобільних деталей і позначається цифрами: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 і 50, які вказують вміст вуглецю в сотих частках відсотка .
Стали з підвищеним вмістом марганцю (від 0,8 до 1,8%) мають позначення: 15Г, 45Г2, 50Г, 50Г2, 60Г і 65Г, де двозначне число показує вміст вуглецю в сотих частках відсотка, а цифра після букви Г - приблизний зміст марганцю у відсотках, якщо воно більше 1%.
Конструкційна легована сталь, що застосовується для виготовлення автомобільних відповідальних деталей, містить спеціальні домішки (хром, вольфрам, нікель, ванадій і ін.), Що підвищують механічні та фізичні властивості стали.
Конструкційна легована сталь позначається буквою, що визначає назву спеціальної домішки, наприклад:
- X - хром
- ХН - хром і нікель
- Ф - ванадій
- М - молібден
- В - вольфрам
- Г - марганець
- Д - мідь
- З - кремній
- Т - титан
Цифри попереду букви позначають вміст вуглецю в сотих частках відсотка, а цифра після букви - зміст спеціальної домішки в цілих відсотках, якщо це вміст перевищує 1%.
Наприклад, хромонікелева сталь марки 12Х2Н4 містить 0,12% вуглецю, 2% хрому і 4% нікелю; хромистая сталь 40Х містить 0,40% вуглецю і до 1% хрому.
Для виготовлення ріжучих інструментів застосовують спеціальні леговані стали.
Швидкорізальна сталь володіє красностойкостью, т. Е. Не втрачає твердості при червоному калі. Склад цієї стали наступний: 0,6% вуглецю, 3-6%: хрому, 15-18% вольфраму і інше залізо.
При відсутності маркування стали сорт її може бути з достатньою точністю визначено по іскрі на наждачному жорні.
Мал. Визначення сорту стали по іскрі.
На малюнку показано, як можна визначити сорт стали по іскрі:
- а - м'яка вуглецева сталь, що містить до 0,2% вуглецю; іскри, довгі, світлі, по кінцях дві невеликі краплі;
- б - вуглецева сталь з вмістом 0,5% вуглецю; колір іскри жовтий, від першої краплі відокремлюються нові іскри;
- в - сталь, що містить до 0,8% вуглецю, від першої краплі відокремлюються цілі пучки іскор светложелтого кольору;
- г - марганцовистого сталь (10-14% марганцю); від першої краплі відокремлюються пучки із зірочками блискучого біло-жовтого кольору;
- д - хромистая сталь; іскри із зірочками червонуватого кольору;
- е - вольфрамова сталь; іскри темнокрасние, переривчасті, що мають на кінцях світлі краплі;
- ж - хромонікелева сталь; іскри жовтого кольору.
Для більш точного визначення стали по іскрі її слід розглядати одночасно з іншого, вже відомої сталлю.
