Описание металлов и их свойств

Сталь


Кузнечной обработке подвергают сплавы железа с небольшим количеством углерода и с другими примесями, называемые сталыо. Содержание углерода в стали не превышаег 2,3%. Что касается других, содержащихся в стали примесей, то их делят на полезные, добавляемые для улучшения качества металла, и вредные, которые стремятся удалить, но полное удаление которых затруднительно. К полезным примесям относятся марганец и кремний; вредными примесями являются сера п фосфор.

 



Свойства углеродистой стали зависят главным образом от количества содержащегося в ней углерода. Чем больше углерода в стали, тем она тверже и тем труднее ее ковать. Сталь с очень небольшим содержанием углерода (до 0,15%) в практике часто называют железом. Такая сталь в качестве поделочного материала почти не отличается от чистого железа: она очень мягка, легко сваривается, не поддается закалке и куегся при температуре от 1250 до 650°.

Сталь, содержащую до 0,5% углерода и до 2% других примесей, употребляют для изготовления неответственных частей машин; такую сталь называют поделочной. Обычно применяют следующие марки поделочной стали: 25, 35, 45, 50. Эти сорта стали обладают средней твердостью и достаточно вязки. Ковать их можно при температуре от 1180 до 800°.

Сталь, содержащую ог 0,6 до 1,5% углерода, применяют главным образом для изготовления различных инструментов и поэтому называют инструментальной. Содержание различных полезных примесей в этой стали выше, чем в поделочной. Инструментальная сталь значительно тверже, но вместе с тем более хрупка, а также обладает способностью закаливаться. При ковке этой стали необходимо соблюдать ряд предосторожностей: нагревать сгаль постепенно, не допускать резких переходов при ковке, медленно охлаждать. Инструментальные стали- марок У6, У7, У8, У9, У10, У12, У13 надо ковать при температурах от 1060 до 850г.

 

 

Свойства нагретой стали

Цвета каления. Температуру стали при ее нагревании можно приблизительно определять на-глаз по цветам каления. Ьолее точно температуру нагрева определяют приборами, называемыми пирометрами.

Цвета каления стали - Температура

Цвет   > в градусах

Бурый охгенок..................500

Начало красного свечения..................550

Тёмнокрасный..............................650

Вишнево-красный..........................700

Светлопиншевын .........................800

Густооранжевый............................900

Оранжево-желтый........................1000

Соломенно-желтый..........................ИС0 ,

Очень светло.келтын........................12СО

Белый................................13С0

Яркобелый.......................1400

Ковкость пали быстро возрастает при нагревании ее выше 600 Мягкая сталь обладает некоторой ковкостью и в холодном состоянии, но требует при этом очень больших усилии. Кроме того, чолодная ковка всегда вызывает в стали наклеп, т. е. особое состояние, при котором поверхностные слои становятся твердыми и хрупкими, причем продолжительная ковка вызывает образование на поверхности фещин. Ковка в горячем состоянии уплотняет сталь, делает ее более прочной.

Всякая сталь состоит из множества мелких кристаллов (зерен), которые видны в свежем изломе стали. Чем мельче зерна, тем крепче они соединены между собой, тем прочнее сталь. Лигая сталь имеет крупные зерна, но при ковке они размельчаются, что повышает качество стали.

Оканчивать ковку при высокой температуре вредно, так как сталь получается крупнозернистой и вследствие этого менее прочной. Если для окончания ковки или отделки гюковки ее необходимо подогреть, то нагревать надо настолько, чтобы кончить ковку при температуре не выше 850 .

 

Крупнозернист}ю сталь, получившуюся после ковки при высоких температурах, называют перегретой. Перегретую сталь можно исправить: нагреть до нормальной температуры и проковать ее вторично. Ковать такую сталь нацо сильными ударами, проникающими во всю толщину металла. Однако таким способом нельзя исправить готовую фигурную поковку, так как при этом пришлось бы изменить ее форму. В этом случае перегрев можно исправить специальным отжигом поковок, о чем будет сказано дальше.

Сваривание стали. При нагревании сталь постепенно размягчается, а при белом калении (1300—1400) приходит в тестообразное состояние, причем отдельные ее куски могут слипаться друг с другом. Если два нагретых до такой степени куска стали сложить вместе и сжать ударами молота, то они соединятся в одно целое, или, как говорят, сварятся.

Чем мягче сталь, т. е. чем меньше в ней углерода и других принес:.! (особенно марганца), тем легче и надежнее она свари-вае!ся. Сталь, содержащая более 0,4% углерода, сваривается плохо, так как ее нельзя нагревать до температур, при которых можно получить падежную сварку.

Окисление стали при нагревании. В пламени печи и горна всегда содержится некоторый избыток кислорода, который при высокой температуре печи или горна легко соединяется с железом, превращая его в окалину. Этот процесс, называемый окислением или горение м железа, вызывает некоторую потерю металла на «угар». При каждом нагреве угар составляет около 2% от веса нагреваемого металла.

При длительном нагревании до высоких температур (1300 и более) кислород проникает в глубь металла, нарушая прочную связь отдельных зерен металла между собою. Такая сталь при ковке дает сеть трещин или разваливается на отдельные куски. Это явление называют пережогом стали. Пережог неисправим и испорченную таким образом сталь можно использовать только для переплавки, как лом.

Для уменьшения окисления стали нужно регулировать подачу воздуха в горн или печь, не допуская его в большом избытке Чем больше избыток воздуха, тем ярче и резче очерчены языки пламени. Такое пламя называют колючим; оно неровно нагревает поковку и сильно окисляет металл.

Расширение. Металлы при нагревании расширяются. Сгальиаи поковка, нагретая до 1000 , увеличивает свою первоначальную длину на 1/84. При охлаждении происходит обратное явление -сжатие (или усадка) и поковка опять принимает первоначальные размеры. При промере точных поковок в горячем состоянии, а также при изготовлении штампов, необходимо учитывать эту усадку.

Закаливаемость стали. Сталь, быстро охлажденная (в воде, в масле) после нагрева до 700—900 , становится более твердой и хрупкой. Это явление, зависящее от изменения строения стали, называют закалкой. Чем больше содержится в стали углерода, тем сильнее она закаливается. Сталь, содержащая от 0,1.

 

до 0,1 о°/о углерода, не закаливается. Сильная закаливаемость свойственна сортам стали, содержащим более 0,5% углерода.

Для уменьшения хрупкости после закалки сталь обязательно подвергают отписку. Для этого закаленную сталь вторично нагревают до 250—400е и выше и выдерживают при этой температуре в течение некоторого времени.

Если закаленную сталь требуется вернуть в первоначальное незакаленное состояние, то для этого ее подвергают огжигу. В этом случае сталь нагревают до той же температуры, до которой ее нагревали при закалке, и затем медленно охлаждают.

Стальные кузнечные заготовки

В кузнечные цехи сталь поступает для крупных поковок в виде слитков, полученных путем разливки стали, выплавленной в мяр-теновских, бессемеровских и электрических печах, а для мелких поковок—в виде катаных профилей или обжатых болванок.

В слитках различают две части: собственно тело слитка и прибыльную часть. 'В прибыльной части слитка, т. е. гам, где металл застывает последним и является наиболее загрязненным неметаллическими примесями, образуется пустота, называемая усадочной раковиной. Эту часть слитка не обрабатывают, а отрезают до начала ковки слитка. Обычно вес удаляемой прибыльной части составляет 25—30% от веса всего слитка.

Годная часть слитка также может иметь ряд дефектов, которые должны быть удалены до начала ковки. Этими дефектами на поверхности слитка являются плены, трещины, зажимы, посторонние тела (песок, шлак) и т. п. Если не удалить эти дефекты, то при ковке получитбя негодное изделие.

В прокатанном материале прибыльной части нет, так как ее >/даляют до прокатки слитка; однако прокатанные заготовки могут иметь ряд поверхностных пороков, возникающих при прокатке или переходящих от исходного материала, т. е. слитка. Поэтому, прежде чем пускать прокатанную заготовку в работу, необходимо тщательно осмотреть ее и удалить все обнаруженные пороки. Особенно важно осматривать заготовки из специальных сталей, так как эти стали имеют наибольшее количество поверхностных пороков. Поверхностные -пороки удаляют путем обдирки, зачистки наждаками или вырубания зубилом.

Алюминиевые сплавы

Наряду со сталью кузнечной обработке часто подвергают алюминий и его сплавы. Как сам алюминий, так и многие его сплавы хорошо поддаются ковке.

В отличие от стали алюминий и его сплавы при нагревании почти не изменяют своего цвета, поэтому температуру нагрева алюминиевых сплавов определяют не на-глаз, а специальными приборами — пирометрами.

Сплавы алюминия прогреваются значительно медленнее, чем сталь. При определении продолжительности выдержки их в печи

нужно давать 1,5 мин. на каждый миллиметр толщины заготовки. Сплавы алюминия надо нагревать перед ковкой значительно ниже, чем сталь. Алюминий и ббльшую часть его сплавов .куют при температуре от 475 до 370 . Эти металлы, как правило, нагревают в электрических печах.

Л о сравнению со сталью алюминий и его сплавы мало окисляются при нагреве.

В отличие от стали алюминий и его сплавы не свариваются кузнечным способом. В кузнечных цехах применяют заготовки сплавов алюминия в виде прессованных прутков и катаных пластин и полос.