Влияние на сталь углерода и постоянных примесей.

Углеродистые стали.

Вопросы:

1. Влияние на сталь углерода и постоянных примесей.

2. Легирующие элементы в стали.

3. Классификация стали.

4. Маркировка сталей.

 

Сталью называют сплав железа с углеродом и другими элементами с содержанием углерода до 2%(точнее до 2,14% - точка Е на диаграмме Fe-Fe₃C).

Если сталь имеет в своём составе железо и углерод и некоторое количество так называемых постоянных примесей—таких элементов, как марганец (до 0,7%), кремний (до 0,4%), сера (до0,06%), фосфор (до0,07%), и газов, то такую сталь называют углеродистой.

Если в процессе выплавки углеродистой стали к ней добавляют так называемые легирующие элементы - хром, никель, вольфрам, ванадий и др., а также марганец и кремний в повышенном количестве, то такую сталь называют легированной.

Рассмотрим, как влияют на сталь углерод, постоянные примеси и легирующие элементы.

 

У г л е р о д оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стале повышается ее твердость и прочность, уменьшается пластичность и вязкость. Предел точности σ_в достигает максимального значения при содержании в стали приблизительно 0,9%С; при большем содержании углерода прочность уменьшается, что объясняется появлением в структуре вторичного цементита и охрупчиванием стали.

Марганец и кремний являются полезными примесями в стали. Их добавляют в сталь при ее выплавке для удаления окислов железа. Они являются раскислителями

FeO+Mn→MnO+Fe;

2FeO+Si→SiO₂+2Fe;

Положительное влияние марганца проявляется также в том, что он устраняет вредные сернистые соединения. Марганец и кремний растворяются в феррите и повышают его твердость и прочность при этом снижается.

Серапопадает в сталь из чугуна, а в чугун из кокса и руды. Сера с железом образует сульфид железа FeS. Сульфит железа в стали находится в виде эвтектики Fe–FeS, располагающейся по границам зерен стали; температура ее плавления 985⁰С. При нагревании стали до 1000-1200⁰С для горячей обработки ее давлением эвтектика плавится, связь между зернами ослабляется и сталь может разрушиться при деформации. Это явление называется красноломкостью.

Красноломкость стали устраняет марганец. При наличии в стали марганца он соединяется с серой с образованием сернистого марганца MnS—сульфида марганца. При этом протекает следующая реакция

FeS+Mn→MnS+Fe

Сульфид марганца имеет температуру плавления 1620⁰С и при нагревании стали до температуры горячей обработки давлением не расплавляется. Сульфид марганца пластичен и при горячей обработке давлением вытягивается в направлении деформации. Присутствие серы в виде включений MnS нежелательно. Эти включения, не оказывая значительного влияния на статическую прочность стали, снижают динамическую и усталостную прочность, а также износостойкость. Неблагоприятно влияние серы также и в том, что при затвердевании слитка она склонна скапливаться в отдельных участках (ликвидировать). Поэтому содержание серы в стали строго ограничивают в зависимости от качества стали(не более 0,025—0,06%).

Сера оказывает благоприятное влияние только в том случае, когда требуется хорошая обрабатываемость стали режущими инструментами.

Фосфор, как и сера, попадает в сталь из руд. Фосфор растворяется в феррите, повышает его твердость и прочность, но в сильной степени снижает пластичность, поэтому сталь становится хрупкой при обычных температурах; это явление называется хладноломкостью. Фосфор, как и сера, ликвидирует, образуя участки, сильно обогащенные фосфором. Содержание фосфора в зависимости от качества стали допускается не более 0,025—0,07%.

Фосфор также улучшает обрабатываемость стали резанием.

Газы (кислород, азот, водород) частично растворены в стали, присутствуют в виде неметаллических включений (окислы – соединения металла с кислородом, нитриды – соединения металла с азотом) или располагаются в свободном виде в раковинах, трещинах и других несплошностях. Кислород в стали находится, главным образом, в виде оксидов А1₂О₃, SiO₂ и др.Оксиды, в отличие от сульфидов, хрупки, при горячей обработке не деформируются, а крошатся, разрыхляют металл и располагаются в Виле прерывистой линии. В присутствии большого количества водорода в стали возникает очень опасный дефект—внутренние надрывы в металле, так называемые флокены.