Влияние химических элементов на свойства железоуглеродистых сплавов

На свойства железоуглеродистых сплавов влияют некоторые химические элементы, находящиеся в них или специально вводимые в сплавы при плавке для улучшения их свойств (легирование сталей и чугунов).

Кремний(Si) образует с железом силицид путем вытеснения углерода из цементита (карбид железа). Он повышает твердость стали, сопротивление разрыву, предел текучести и упругости, понижает пластичность и ударное сопротивление при низких температурах (сталь приобретает так называемую хладноломкость). Чем больше в стали кремния, тем выше температура перехода стали в хрупкое состояние. Кремний является хорошим раскислителем стали, что обеспечивает получение плотных и беспузырчатых отливок, но увеличивает усадочную раковину. Содержание кремния в углеродистой стали обычно не более 0,35-0,4%_.Кремний способствует образованию гранита.

Марганец(Мп) придает стали устойчивость твердому раствору углерода в Fe, увеличивает твердость, предел прочности, сопротивление разрыву, предел текучести и упругости, но уменьшает относительное удлинение и ударную вязкость стали.

При содержании в стали марганца до 1% понижается (до -100°С) температура перехода в хрупкое состояние, а при большем содержании - температура повышается, достигая при содержании 2% марганца -40°С.

Марганец способствует уменьшению содержания серы в металле, кроме того он раскисляет металл. К отрицательным свойствам марганца относятся его способность увеличивать усадку и хрупкость чугуна. Для обыкновенного литья содержание марганца допускается в пределах 0,5-1% (в 1,5¾2,5 раза больше, чем Si).

Фосфор (Р) - входит в соединение с железом, образуя фосфид железа (Fe₃P) - повышая литейную способность (текучесть в жидком состоянии), но

вызывающую хрупкость при обычных и низких температурах (хладноломкость). Наличие фосфора в стали делает ее также хрупкой при пониженных температурах, повышает предел прочности, но резко снижает сопротивление удару и пластические свойства. Поэтому в строительных сплавах и рельсах содержание фосфора ограничивается до 0,04%, для болтовых гаек требуется сталь мягкая, но в то же время и хрупкая, поэтому ее выделывают с малым содержанием углерода (0,1-0,2%) и с повышенным содержанием фосфора (до 0,6%).

Сера (S) соединяется с железом, образуя сернистое железо (FeS). В чугу-нах сера ухудшает литейные свойства, способствуя образованию сплава густой концепции, а в отливках - пор; она также увеличивает хрупкость чугуна в нагретом состоянии. Сера понижает качество чугуна, поэтому содержание ее должно быть минимальным (<0,04%).

Хром (О)повышает твердость, упругость и прочность сталей и понижает их относительное удлинение. До 2% содержание хрома повышает ударную вязкость, а при большем содержании - понижает. Наличие хрома в стали увеличивает ее стойкость против коррозии.

Никель (N1) увеличивает предел прочности и несколько снижает относительное удлинение сталей. С увеличением содержания никеля понижается температура перехода стали в хрупкое состояние. Как легирующая примесь часто применяется в сочетании с хромом.

Медь (Си) повышает устойчивость стали против коррозии и только, на механические свойства стали медь значительного влияния не оказывает. Медь как легирующая примесь часто применяется в сочетании с другими элементами (хром, никель, кремний, марганец).

Вредное влияние на свойства стали оказывает кислород (0₂); если его содержание превышает 0,03%, он вызывает старение стали, а более 0,1% - красноломкость.