11. Стали. Классификация и маркировка
Стали являются наиболее распространенными материалами. Обладают хорошими технологическими свойствами. Изделия, в основном, получают в результате обработки давлением и резанием.
Достоинством их является возможность получать нужный комплекс свойств, изменяя состав и вид обработки.
11.1 Влияние углерода и примесей на свойства сталей
Углеродистые стали являются основными. Их свойства определяются количеством углерода и содержанием примесей, которые взаимодействуют с железом и углеродом.
Влияние углерода на свойства сталей показано на рис. 11.1
|
Рисунок 11.1 – Влияние углерода на свойства сталей. |
С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к уменьшению пластичности, а также к повышению прочности и твердости. Прочность повышается до содержания углерода около 1%, а затем она уменьшается, так как образуется грубая сетка цементита вторичного.
Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости и снижает ударную вязкость. Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила (требуемое для полного размагничивания детали приложенное магнитное поле), снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции. Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.
В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы.
1.Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор.
Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.
Содержание марганца не превышает (0,5…0,8) %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы.
Красноломкость – повышение хрупкости при высоких температурах.
Содержание кремния не превышает (0,35…0,4) %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Однако наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность стали к вытяжке.
Содержание фосфора в стали (0,025…0,045) %. Фосфор искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности и предел текучести, но снижает пластичность и вязкость. Фосфор обладает склонностью к ликвации.
Для сталей возможно увеличение содержания фосфора до (0,10…0,15) % для улучшения обрабатываемости резанием.
Содержание серы в сталях составляет (0,025…0,06) %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988 С. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зернами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается.
Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, а так же предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.
2. Скрытые примеси - газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.
Азот и кислород находятся в стали в виде хрупких неметаллических включений: окислов (FeO, SiO2, Al2O3) нитридов (Fe2N), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах).
Примеси внедрения (азот N, кислород О) повышают порог хладоломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (окислы, нитриды), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить предел выносливости и вязкость.
Очень вредным является растворенный в стали водород. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов. Флокены – тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета.
Для удаления скрытых примесей используют вакуумирование.
3. Специальные примеси – специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали - легированными сталями.
4. Случайные примеси.