ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Углеродистые стали из "Материаловедение " Стали — сложные по составу железо-углеродистые сплавы. Кроме железа и углерода — основных компонентов, а также возможных легирующих элементов стали содержат некоторое количество постоянных и случайных примесей, влияющих на их свойства. [c.240] Углерод, концентрация которого в конструкционных сталях достигает 0,8%, оказывает определяющее влияние на их свойства. Степень его влияния зависит от структурного состояния стали, ее термической обработки. [c.240] После отжига углеродистые конструкционные стали имеют феррит-но-перлитную структуру, состоящую из двух фаз — феррита и цемен-тита . Количество цементита, который отличается высокой твердостью и хрупкостью, увеличивается пропорционально концентрации углерода. В связи с этим, по мере повышения содержания углерода, возрастают прочность и твердость, но снижаются пластичность и вязкость (рис. 9.2). [c.240] Кроме того, углерод заметно повышает верхний порог хладноломкости, расширяя тем самым температурный интервал перехода стали в хрупкое состояние (рис. 9.3). Каждая 0,1 % С повышает верхнюю границу этого перехода примерно на 20 °С. При 0,4% С порог хладноломкости равен 0°С, при большей концентрации углерода эта температура достигает 20 °С такие стали менее надежны в работе. [c.240] Углерод изменяет технологические свойства стали. При увеличении его содержания снижается способность сталей деформироваться в горячем и особенно в холодном состояниях, затрудняется свариваемость. [c.241] Марганец — полезная примесь вводится в сталь для раскисления и остается в ней в количестве 0,3 - 0,8 %. Марганец уменьшает вредное влияние серы и кислорода. [c.241] Кремний — полезная примесь вводится в сталь в качестве активного раскислителя и остается в ней в количестве до 0,4 %, оказывая упрочняющее действие. [c.241] Сера — вредная примесь, вызывающая красноломкость стали — хрупкость при горячей обработке давлением. В стали она находится в виде сульфидов. Красноломкость связана с наличием сульфидов FeS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления (988 °С) и располагающуюся по границам зерен. При горячей деформации границы зерен оплавляются, и сталь хрупко разрушается. [c.241] От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфид MnS, исключающий образование легкоплавкой эвтектики. [c.241] Устраняя красноломкость, сульфид MnS, так же как и другие неметаллические включения (оксиды, нитриды и т.п.), служат концентраторами напряжений, снижают пластичность и вязкость сталей. Содержание серы в стали строго ограничивают. Положительное влияние серы проявляется лишь в улучшении обрабатываемости резанием. [c.241] Фосфор — вредная примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но вызывает хладноломкость — снижение вязкости по мере понижения температуры. Сильное охрупчивающее действие фосфора выражается в повышении порога хладноломкости (рис. 9.4). Каждая 0,01 % Р повышает порог хладноломкости на 25 °С. Хрупкость стали, вызываемая фосфором, тем выше, чем больше в ней углерода. [c.241] Фосфор — крайне нежелательная примесь в конструкционных сталях. Современные методы выплавки и переплавки не обеспечивают его полного удаления, поэтому основной путь его снижения — повышение качества шихты. [c.242] Кислород, азот и водород— вредные скрытые примеси. Их влияние наиболее сильно проявляется в снижении пластичности и повышении склонности стали к хрупкому разрушению. [c.242] Водород находится в твердом растворе или скапливается в порах и на дислокациях. Хрупкость, обусловленная водородом, проявляется тем резче, чем выше прочность материала и меньше его растворимость в кристаллической решетке. Наиболее сильное охрупчивание наблюдается в закаленных сталях с мартенситной структурой и совсем отсутствует в аустенитных сталях. [c.242] Наводороживание и охрупчивание стали возможны при травлении в кислотах, нанесении гальванических покрытий и работе в водородсодержащих газовых средах. [c.243] Случайные примеси — элементы, попадающие в сталь из вторичного сырья или руд отдельных месторождений. Из скрапа в стали попадает сурьма, олово и ряд других цветных металлов. Стали, выплавленные из уральских руд, содержат медь, из керченских — мышьяк. Случайные примеси в большинстве случаев оказывают отрицательное влияние на вязкость и пластичность сталей. [c.243] На долю углеродистых сталей приходится 80 % от общего объема. Это объясняется тем, что углеродистые стали дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. При одинаковом содержании углерода по обрабатываемости резанием и давлением они значительно превосходят легированные стали. Однако углеродистые стали менее технологичны при термической обработке. Из-за высокой критической скорости закалки углеродистые стали охлаждают в воде, что вызывает значительные деформации и коробление деталей. Кроме того, для получения одинаковой прочности с легированными сталями их следует подвергать отпуску при более низкой температуре, поэтому они сохраняют более высокие закалочные напряжения, снижающие конструкционную прочность. [c.243] Главный недостаток углеродистых сталей — небольшая прокаливае-мость (до 12 мм), что суш,ественно ограничивает размер деталей, упрочняемых термической обработкой. Крупные детали изготовляют из сталей без термического упрочнения — в горячекатаном или нормализованном состояниях, что требует увеличения металлоемкости конструкций. [c.243] По статической прочности углеродистые стали относятся преимущественно к сталям нормальной прочности. Углеродистые конструкционные стали выпускают двух видов обыкновенного качества и качественные. [c.243] Вернуться к основной статье