|
да содержание металла достаточно для его промышленной добычи. В железных рудах металл присутствует в виде различных окислов, все другие вещества руд являются пустой породой — кварц, глина, известняки.
Процесс получения чугуна из руды происходит в домнах (шахтных печах), куда загружается железная руда, флюс и кокс или древесный уголь; все эти материалы вместе составляют так называемую шихту. При горении топлива образуются продукты горения (отходящие газы), которые отнимают от окислов железа кислород и восстанавливают железо в чистом виде. Одновременно с этим из руды отделяются посторонние примеси, образующие вместе с флюсами шлак. Далее чистое железо науглероживается в домне, превращается в чугун, расплавляется и скапливается внизу домны (в горне). Шлак, более легкий, всплывает на поверхность жидкого чугуна. Расплавленный чугун вместе со шлаками периодически выпускается из доменной печи.
Обычно чугуны, кроме железа и углерода, содержат кремний, марганец, фосфор, серу, являющиеся в сплаве составляющими (примесями).
В машиностроении применяют серый чугун, обладающий хорошими литейными свойствами и легко обрабатываемый резанием (напильником, ножовкой). Этот чугун имеет темный цвет в изломе.
По сравнению со сталью чугун менее прочен, а кроме того, хрупок. Эти свойства ограничивают применение чугуна в конструкциях.
Кроме серого, имеется белый чугун, светлый в изломе. Этот чугун обладает очень большой по сравнению с серым чугуном твердостью и хрупкостью. Белый чугун применяется для защиты от истирания стальных корпусов различных машин (дымососов, мельниц и др.).
Если белый чугун подвергнуть длительному отжигу, то он становится менее хрупким; получается особый вид чугуна — «ковкий», из которого делают соединительные части для водопроводных и других труб.
При изготовлении клепаных конструкций чугун не применяется.
Сталь
Сталь получают специальным процессом переплава чугуна и металлического лома в мартеновских и электрических печах, а также путем продувки воздухом жидкого чугуна в бессемеровских и томасовских конверторах. Процессы эти состоят в изъятии значительной части примесей (углерода, кремния, марганца, фосфора и серы) из жидкого чугуна. Перечисленные примеси удаляются путем окисления их кислородом воздуха или чистым кислородом, продуваемым через расплавленный металл. Образующаяся при этом окись углерода СО является газом и уходит из металла, а окислы кремния, марганца, фосфора, серы переходят в шлак и с ним удаляются.
Полученную различными методами сталь разливают в металлические формы (изложницы), в которых она застывает, образуя слиток. Остывший твердый слиток вынимают из изложницы и подвергают дальнейшей обработке (ковке, прокатке и т. д.). При производстве стального фасонного литья сталь разливают в литейные формы.
Достоинством конверторного способа является простота, высокая производительность и низкая стоимость конверторной стали. Конверторная сталь относится к стали обыкновенного качества и применяется для изготовления проволоки, листов, сварных труб, строительного металла и других не столь ответственных изделий.
Недостатки конверторного производства стали: необходимость иметь передельные чугуны; значительный угар металла (10—12%); трудности контроля химического состава металла; наличие значительного содержания азота и кислорода; невозможность использовать отходы (стружку, лом, негодные детали).
Получение стали в мартеновских печах имеет следующие преимущества: возможность переплавлять в сталь чугуны различного состава в твердом или жидком состоянии и использовать металлические отходы; большая продолжительность процесса плавки, что облегчает контроль состава выплавляемой стали; получение стали с бо
лее высокими механическими свойствами; меньший угар металла.
Недостатки мартеновского способа: присутствие воздуха и газов, поступающих в мартеновскую печь; невозможность освободиться от вредных примесей — фосфора и серы.
Стали, выплавленные в мартеновских печах, более высокого качества (по сравнению с конверторными сталями), они применяются для ответственных конструкций и деталей машины.
Выплавка стали в электропечах позволяет вести процесс без доступа воздуха и при полном отсутствии газов и при этом выплавку можно вести при температурах более высоких по сравнению с мартеновским способом. Поэтому стали, полученные в электропечах, содержат меньше вредных примесей, являются высококачественными и используются для наиболее ответственных конструкций и деталей машин. Недостаток способа выплавки стали в электропечах — его дороговизна.
Углеродистые стал и. По химическому составу стали делятся на две группы: углеродистые и легированные. Углеродистыми сталями называют такие стали, в которых углерод является основным элементом, определяющим все свойства сплава. Кроме углерода, в состав этих сталей входят в разных количествах марганец, кремний, фосфор и сера.
Углеродистая сталь, как говорилось выше, содержит углерода не более 2,0%; ее химический состав в процентах следующий:
Самым важным составляющим элементом стали является углерод: увеличение десятых долей процента углерода резко повышает прочность стали, делает ее твердой. Содержание углерода весьма сильно влияет на свариваемость стали: обычно в стальных деталях, предназначенных для сварки, содержание углерода не более 0,22—0,25%. 
ки. Стоимость их выше, а потому они применяются только для более ответственных изделий.
Инструментальные углеродистые стали маркируются в соответствии с ГОСТ 1435—54: качественные У7, У8, У9, ..., У13 и высококачественные У7А, У8А, ..., У12А, У13А.
Буква У в обозначении марки стали указывает, что эта сталь углеродистая, а не легированная. Цифра, стоящая после буквы, показывает десятые доли процента углерода в стали. Так, в стали У8 содержится в среднем 0,8% углерода, в стали У10—1,0% и т. д. Буква А обозначает, что эта сталь высококачественная. Инструменты из высококачественных сталей оказываются более стойкими в работе. Высококачественные стали дороже качественных.
Маркировка мостостроительной стали по ГОСТ 6713—53. Для мостостроения сталь изготовляется двух марок: М16С — предназначенная для сварных мостовых конструкций, и СтЗ мост. — для клепаных мостовых конструкций. Способ выплавки обеих марок — мартеновский.
Марка стали М16С содержит несколько меньше углерода, кремния, серы и фосфора. Механические свойства обеих марок почти одинаковы.
Легированные стали. Легированной называется такая сталь, в составе которой, кроме углерода и обычных примесей, имеются легирующие элементы, улучшающие ее свойства. Такими элементами в стали являются никель, хром, вольфрам и многие другие. Они вводятся в сталь при ее изготовлении. По ним легированная сталь получает и свое название (никелевая сталь, хромистая и т. д.).
Легированную сталь можно получить не только добавками специальных легирующих элементов в углеродистую сталь при ее выплавке, но также и введением в в нее марганца или кремния в повышенном количестве по сравнению с содержанием этих элементов в углеродистой стали, т. е. марганца —свыше 0,8%, кремния свыше 0,4 %.
Легированные стали, как и углеродистые, разделяют на три группы в зависимости от процентного содержания легирующих элементов: низколегированная сталь, в которой содержание легирующих элементов менее 2,5%; среднелегированная сталь, когда содержание легирую
| 
