Черными металлами называют сплавы, содержащие не менее 45% железа. Железо создает основу твердых растворов - феррита (с объемно центрированной решеткой) и аустенита (с гранецентрированной решеткой) и входит в большинство соединений (с углеродом - цементит FegC, с азотом - нитриды и т. п.).

Технически чистое железо при комнатной температуре состоит практически из одного феррита. С повышением содержания углерода увеличивается доля перлита (тонкая смесь феррита и цементита). В углеродистых сталях, содержащих 0,7-0,8% С, присутствует один перлит, а с более высоким содержанием углерода - вторичный цементит.

При нагреве до температур выше критических все эти структурные составляющие переходят в аустенит. При медленном охлаждении они вновь выделяются (с размельчением зерна при оптимальных режимах отжига и нормализации), при быстром - появляются новые типы структур (мартенсит, бейнит, троостит, сорбит). Отпуск приводит к возврату к структурам типа исходных, но с лучшим расположением частиц и зерен, поэтому закалку и высокий отпуск называют улучшением.

Под влиянием некоторых компонентов (никеля, марганца) аустенит становится стабильным при комнатной и более низких температурах. Аустенитные стали и чугуны немагнитны.

В отличие от сталей чугуны не могут приобрести при нагреве чисто аустенитную структуру. Еще до полного растворения высокоуглероднстой фазы наступает начало плавления. Высокоуглеродистой фазой в чугунах может

быть цементит (первичный п входящий в состав ледебурита) в случае белых чугунов и графит - в серых.

Феррит имеет невысокую прочность и твердость, но высокую пластичность. Перлит тверже, но менее пластичен, ледебурит тверд, но хрупок. Мартенсит и бейнит обладают высокой прочностью и твердостью. Графит не прочен и хрупок, но имеет хорошие антифрикционные свойства.

Максимальным модулем упругости обладает феррит (21 ООО кПмм), с повышением содержания перлита в стали модуль упругости немного снижается (до 20 ООО кГ/мм). Закаленные на мартенсит высокопрочные стали имеют напнизшпй модуль упругости (~ 19 ООО кГ/мм). Модуль упругости чугунов колеблется от 8000 кГ/мм (серый чугун с крупным пластинчатым графитом) до 17 ООО кГ/мм (высокопрочный чугун с шаровидным графитом).

Объемный вес феррита составляет 7,8 г/см, аустенитных сталей до 8 г/см, высокоуглеродистых сталей ~7,6 г/см (закаленных на мартенсит ~7,5 г/см), чугунов 7,0- 7,4 г/см.

Теплопроводность и электропроводность - максимальные у феррита и снижаются с легированием углеродом и другими элементами.

Сталь

Сталями называют сплавы железа, содержащие до 2% С (за исключением нескольких марок, например Х12, с большим содержанием С). Марки углеродистых сталей обыкновенного качества начинаются с обозначения Ст., после которого следует номер (от О до 7). Приставка М в начале марки означает мартеновскую сталь (например, МСт.З), Б - бессемеровскую, К - конвертерную (с продувкой кислородом). Приставка кп в конце марки обозначает кипящую сталь, пс - полуспокойную, сп - спокойную.

Марки качественных углеродистых конструкционных сталей, а также легированных конструкционных сталей начинаются с обозначения содержания углерода в сотых долях процента, например, сталь 08 содержит в среднем 0,08% С, легарованная сталь 38ХМЮА содержит в среднем 0,38% С.

Углррплистые марки инструментальной стали обозначают буквой У, после которой указывается среднее содержание углерода в десятых долях процента. Легированные марки начинаются либо с обозначения содержания угле-

рода в десятых Долях процента, либо сразу с буквенных обозначений легирующих элементов, без указаний на содержание углерода; примеры: У7 с 0,7% С; 9Х с 0,9% С; ХВГ. Некоторые инструментальные стали, применяемые иногда так же, как конструкционные, имеют марки с обозначением содержания углерода в сотых долях процента, например 55Х, 60ХГМ и др.

В марках высоколегированных сталей содержание углерода обычно ие отражается. Когда оно играет существенную роль, то обозначается в начале марки цифрами О, 1, 2, 3 или 4, соответствующими среднему содержанию углерода в десятых долях процента.

Примеры. 0X13 с содержанием углерода в количестве сотых долей процента; 1 X13 с 0,1 % С; 4 X13 с 0,4 % С. Цифры 00,

000 обозначают высокую чистоту сплава по содержанию углерода.

Буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь, буква Л - литейную марку, а буква К - сталь для котлостроения; примеры: У7А, 1Х13Л, 22К. Буква А в начале марки относится к автоматным сталям; например А12.

Легирующие элементы обозначают буквами: азот - А (в этом случае буква А ставится внутри; например, Х17АГ14), алюминий - Ю, бор - Р, ванадий - Ф, вольфрам - В, кремний - С, кобальт - К, марганец - Г, медь - Д, молибден - М, никель - Н, ниобий - Б, селен - Е, титан - Т, фосфор - П, хром - X, цирконий - Ц. Цифры после буквенных обозначений легирующих элементов соответствуют среднему содержанию последних в процентах. При содержании около 1% элемента или меньше (а в случае таких модификаторов, как титан, азот, бор, при содержан1ш десятых, сотых и тысячных долей процента) после буквенного символа цифр не ставят.

Пример. Сталь 45ХЦ содержит в среднем 0,45% С,

1 % Сг и долю процента циркония в качестве модификатора (0,15-0,25%). Сталь 0Х23Н28МЗДЗТ содержит до 0,06% С, около 23% Сг, 28% N1, 3% Мо, 3% Си и долю процента титана в качестве модификатора (0,4-0.7%).

Марка быстрорежущих сталей начинается с буквы Р и цифрового обозначения содержания вольфрама в процентах (без приведения буквы В); например, сталь Р18К5Ф2 содержит в среднем 18% W, 5% Со и 2% V.

Из приведенных правил обозначения марок стали существует большое количество исключений.