Примеси, фазы и структуры в железоуглеродистых сплавах

Стали содержат повышенное количество серы и фосфора

Маркируются Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп.

Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 - это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существует три группы сталей: А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав.

Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.

Конструкционные качественные углеродистые стали Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной.Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.Содержание углерода, соответственно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %. по содер углерода:низкоугл до 0.25, среднеугл 0.3-0.6, высокоугл выше 0.7. по качеству: обыкновенного,качеств и высококач. По назначению: конструкционные, инструментальные, специальные.

Фосфор (0,01-0,05%) – вредная примесь, способствует росту зерна, придаёт хладноломкость, снижает пластичность и ударную вязкость.

Сера (0,01-0,04%) – не растворима в железе и образует сульфид железа – FeS. Придаёт хрупкость при высоких температурах (800 гр.) Сталь с повышенным содержанием серы не поддаётся горячей обработке давлением.

Марганец (0,3-0,8%) – для устранения красноломкости, раскисления, повышения прокаливаемости, предела прочности, твёрдости, не влияя на пластичность.

Кремний (0,2-0,5%) – влияние аналогично марганцу. Но затрудняет свариваемость вследствие большой окисляемости.

Газы – в сталях содержаться в небольших кол-вах в зависимости от способа пр-ва. Водород охрупчивает материал.

Спец примеси – вводят для получения заданных св-в, наз-ют легировочными.

Углеродистые инструментальные стали бывают двух видов: качественные и высококачественные.

Качественные углеродистые инструментальные стали маркируют буквой "У" (углеродистая); следующая за ней цифра (У7, У8, У10 и т.д.) показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Высококачественные стали дополнительно маркируются буквой "А" в конце (У10А).

Инструментальные углеродистые стали: Обладают высокой твёрдостью (60-65 HRC), прочностью и износостойкостью и применяются для изготовления различного инструмента.

Углеродистые инструментальные стали У8 (У8А), У10 (У10А), У11 (У11А), У12 (У12А) и У13 (У13А) вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость, и поэтому эти стали применяют для инструментов небольших размеров.

Для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, свёрла, спиральные пилы, шаберы, ножовки ручные, напильники, бритвы, острый хирургический инструмент и т.д.) обычно применяют заэвтектоидные стали (У10, У11, У12 и У13), у которых после термической обработки структура мартенсит и карбиды.

Деревообрабатывающий инструмент, зубила, кернеры, бородки, отвёртки, топоры изготовляют из сталей У7 и У8, имеющих после термической обработки трооститную структуру.

Углеродистые стали в исходном (отожжённом) состоянии имеют структуру зернистого перлита, низкую твердость (HB 170-180) и хорошо обрабатываются резанием. Температура закалки углеродистых инструментальных сталей У10-У13 должна быть 760-780 0 С, т.е. несколько выше Ас1, но ниже Аст для того, чтобы в результате закалки стали получали мартенситную структуру и сохраняли мелкое зерно и нерастворбные частицы вторичного цементита. Закалку проводят в воде или водных растворах солей. Мелкий инструмент из сталей У10-У12 для уменьшения деформаций охлаждают в горячих средах (ступенчатая закалка).

Отпуск проводят при 150-1700 С для сохранения высокой твёрдости (62-63 HRC).

Сталь У7 закаливают с нагревом выше точки Ас3 (800-8200 С) и подвергают отпуску при 275-325 0 С (48-58 HRC).

Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резанья материалов с малой скоростью, так как их высокая твёрдость сильно снижается при нагреве выше 190-200 0 С.

Диаграмма состояния Фе-Фе3Ц

Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – важнейшие металлические сплавы современной техники. Диаграмма состояния железо – углерод дает основное представление о строении железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов.Диаграмма железо – углерод должна распространяться от железа до углерода. Железо образует с углеродом химическое соединение: цементит – .

Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит.

1. Железо – переходный металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую температуру плавления – 1539^o С 5^o С. Железо со многими элементами образует растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.

2. Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой

3. Цементит (Fe₃C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода.

Цементит – соединение неустойчивое и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита.

В системе железо – углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.

3. Аустенит (А) (С) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.

Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727^o С (точка S), максимальную – 2,14 % при температуре 1147^o С (точка Е).

4. Мартенсит – упорядоченный пересыщенный ТВ р-р углерода в альфа железе.

5. Перлит – смесь феррита и цементита.

6. Феррит – ТВ р-р небольшого кол-ва углерода (до 0,04 %) и других примесей в альфа железе. Мячкий, пластичный и недостаточно прочный.