Вляиние углерода и примесей на свойства сталей

Углерод – это основной компонент стали. От количества содержания углерода зависят все физико-химические свойства сталей.

После варки сталь в основном состоит из 2 фаз:

1) феррита;

2) сплава типа химическое соединение (Fe₃C – цементит).

Рассмотрим влияние цементита на свойства сталей:

 

 

 

 

Рис.21

HB→Ф →80-90

Fe₃C→Ц→HRC→800-850

 

Влияние углерода на механические свойства:

1) зависимость твердости материала от содержание углерода (прямо пропорциональная зависимость);

 

Рис.22

2) влияние процентного содержания углерода на прочность материала

 

 

3) Зависимость пластичных свойств стали от процентного содержания углерода

 

 

Рис.24

 

В процессе выплавки обеспечивают требуемые механические свойства материала и выплавку стали с необходимым содержанием углерода.

 

Влияние примесей на свойства сталей.

Примеси – это химические элементы, которые переносятся из выплавляемой руды готовой стали. Основные примеси: сера, фосфор, азот кислород водород, марганец, кремний и др.

Примеси могут быть полезными (кремний, марганец) и вредными (сера, фосфор, азот, кислород, водород).

 

Кремний улучшает магнитные и упругие свойства сталей. Содержание кремния: Si ≈ 0,35 - 0,4%.

Марганец является полезной примесью. Он улучшает прочность, но несколько увеличивает и хрупкость сталей. Mn ≈ 0,5 – 0,8%

 

Влияние серы на свойства сталей.

Сера с железом образует сульфиды. Температура плавления: T_пл=988^оС.

Если рассмотреть шлиф образца стали, то можно отметить, что сульфиды располагаются по границам кристаллов. Это приводит к красноломкости стали, которая появляется при обработки сталей методами горячей ковки, штамповки, когда сталь нагревается до температуры Т>1000^оС.

При такой температуре сульфиды расплавляются и образуются микротрещина по границам кристаллов. В процессе деформации трещины увеличиваются и металл разрушается.

Допустимое содержание серы в качественной стали:

S ≤ 0,06% - 0,085%

Рис.25

Влияние фосфора на свойства сталей.

Фосфор вместе с железом образуют фосфиты FeP. Фосфиты так же располагаются по границам кристаллов. Наличие фосфитов приводит к хладноломкости стали, ее растрескиванию и разрушению. Такие стали не пригодны для обработки методом пластичного деформирования.

Влияние азота, кислорода, водорода на свойства сталей.

Кислород приводит к коррозии сталей, образуются окислы железа. В процессе выплавки водород и азот образуют в слитке сталей микропустоты – флокены. Слитки с флокенами непригодны и их возвращают на переплавку.

КЛАССИФИКАЦИЯ, МАРКИРОВКА И СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Все углеродистые стали классифицируются на 2 группы:

1. стали обыкновенного качества – ОК, (ГОСТ 380-71);

2. качественные стали – К. (ГОСТ 1050-74).

Стали обыкновенного качества классифицируются:

1. по технологическому признаку:

a. кипящие стали (КС);

b. полуспокойные стали (ПС);

c. спокойные стали (С);

2. по назначению: А, Б, В.

 

Группа А

Материал	σвр кгс/мм	σ, %
ст 1кп		32-35
ст 2кп	41-52	22-25

 

Класс А регламентируется по механическим характеристикам и указывается химический состав.

σ, % - относительное удлинение.

Стали класса А применяются для изготовления штамповочных деталей.

 

 

Группа Б

Материал	C, %	Mn, %	Si, %
БСт 1кп	0,06-0,12	0,25-0,6	0,05
БСт 2кп	0,18-0,26	0,4-0,7	<0,07

 

Стали группы Б регламентируются по химическому составу, но не указываются их химические свойства.

Стали группы В регламентируются по химическому составу и по механическим характеристикам.

 

Качественные стали получаются по средствам лучшего выжигания или удаления серы и фосфора из выплавленной руды.

В них: Si<0,004%, P≤0.035%.

Качественные стали подразделяются на 3 группы:

1. низкоуглеродистые стали (С< 0,25%): сталь 8; 10; 15; 20; 25; эти стали не подвергаются закалке, имеют хорошие пластические свойства, но подвергаются цементации;

2. среднеуглеродистые стали: стали 30; 35; 40; 45; 56;

3. высокоуглеродистые стали: стали 60; 65; 70; 75; 80; 98.

Специальные углеродистые стали – автоматные стали: А12, А20, А30. Эти стали изготавливаются в виде пруткового материала, имеют точные размеры по диаметру, содержат немного серы. В процессе обработки таких сталей появляется стружка, которая обладает высокой ломкостью, чтобы не ломать инструмент. Применятся в токарных станках, автоматах.

ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Углеродистые стали не обладают достаточно хорошими физико-механическими свойствами. С целью увеличения прочности, пластичности эрозионной стойкости, износостойкости в процессе выплавки в них вводятся другие элементы: хром, никель, кремний, марганец. Кроме этих элементов и вместе с ними вводят вольфрам, молибден, титан, бор и др.

Эти вводимые элементы называются легирующими, а сами стали – легированными.

Для маркировки легированных сталей вводятся специальные обозначения легирующих элементов:

Сr – X Si – C V – Ф B – P

Ni – H Ti – T Co – K Cu – D

Mn – Г W – B P – П Al – Ю

Пример: 12ХН3А – 0,12% содержания углерода, легирован однопроцентным хромом (Х), содержит 3% никеля (Н3), сталь улучшенная (А).

Некоторые легированные стали имеют оригинальную маркировку: ШХ15, сталь Е320. Р18, Р9 – инструментальные стали, предназначены для изготовления сверл, резцов, металлорежущих инструментов. Р18 – жаростойкая сталь.