ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали из "Металловедение и термическая обработка металлов " Влияние углерода. Структура стали (см. рис. 72) после медленного охлаждения состоит из двух фаз — феррита и цементита. Количество цементита возрастает в стали прямо пропорционально содержанию углерода (рис. 78,6). [c.151] Например, при содержании в стали 0,38% С количество цементита составляет 5,0%, при 0,7% С —10% (рис. 78,6) и при 2,0% С достигает 30%. Как указывалось выше, твердость цементита НУ 1000) во много больше твердости феррита НУ 80—90). [c.151] Твердые и хрупкие частицы цементита повышают сопротивление движению дислокаций, т. е. повышают сопротивление деформации, и, кроме того, они уменьшают пластичность и вязкость. Вследствие этого с увеличением в стали углерода возрастают твердость, предел прочности и текучести и уменьшаются относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость (рис. 78,а). [c.151] Повышение содержания углерода облегчает переход стали 1в хладноломкое состояние. Каждые 0,1% С повышают температуру порога хладноломкости Гк в среднем на 20°С и расширяют переходный интервал от вязкого к хрупкому состоянию. [c.151] При содерн ании в стали 1,0—1,2% С ее твердость в отожженном состоянии возрастает, а предел прочности уменьшается. Последнее объясняется выделением по границам бывшего зерна аустенита вторичного цементита, образующего в сталях указанного состава сплошной каркас (см. рис. 74,в). При испытании на растяжение этого каркаса возникают высокие напряжения и цементит, будучи хрупким, разрушается. Это приводит к преждевременному разрушению образца и соответственно к снижению предела прочности (см. рис. 78,а). [c.151] Кремний, остающийся после раскисления в твердом растворе (в феррите), сильно повышает предел текучести От- Это снижает способность стали к вытяжке и особенно холодной высадке. Поэтому в сталях, предназначенных для холодной штамповки и холодной высадки, содержание кремния должно быть сниженным. [c.152] Марганец заметно повышает прочность, практически не снижая пластичности и резко уменьшая красноломкость стали, т. е. хрупкость при высоких температурах, вызванную влиянием серы. [c.152] Влияние серы. Сера является вредной примесью в стали. С железом она образует химическое соединение Ре5, которое практически нерастворимо в железе в твердом состоянии, но растворимо в жидком металле. Соединение Ре5 образует с железом легкоплавкую эвтектику, с те.мпературой плавления 988°С. Эта эвтектика образуется даже при очень малых содержаниях серы. Кристаллизуясь из жидкости по окончанш затвердевания, эвтектика преимущественно располагается по границам зерна. При нагревании стали до температуры прокитки или ковки (1000—1200°С) эвтектика расплавляется, нарушается связь между зернами металла и вследствие этого при деформации стали в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трешины. Это явление носит название красноломкости. [c.152] Присутствие в стали марганца, обладающего большим сродством к сере, чем железо, и образующего с серой тугогглавкое соединение Мп5, практически исключает явление красноломкости. В затвердевшей стали частицы Мп5 располагаются в виде отдельных включений. В деформированной стали эти включения деформируются и оказываются вытянутыми в направлении прокатки. [c.152] Сернистые включения сильно снижают механические свойству, особенчо вязкость (Сн) и пластичность (б, г )) (в поперечном направлении вытяжки при прокатке и ковке), а также предел выносливости. Работа зарождения трещины (Оз) не зависит от со держания серы, а работа развития вязкой трещины (Ор) с увеличением содержания серы резко снижается. Кро.ме того, эти включения ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость. [c.152] Влияние фосфора. Фосфор растворяется в а-Ре и 7-Ре, а при высоком содержании образует фосфид РезР, содержаш,ий 15,62% Р. [c.153] Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает кристаллическую решетку и увеличиват пределы прочности и текучести, но сильно уменьшает пластичность и вязкость. Снижение вязкости тем значительнее, чем больше в стали углерода. Фосфор значительно повышает порог хладноломкости стали и уменьшает работу развития трещины. Каждые 0,01% Р повышают порог хладноломкости стали на 20—25°С. [c.153] Вредное влияние фосфора усугубляется тем, что он обладает большой склонностью к ликвации. Вследствие этого в серединных слоях слитка отдельные участки сильно обогащаются фосфором и имеют резко пониженную вязкость. [c.153] Влияние азота, кислорода и водорода. Азот и кислород присутствуют в стали в виде хрупких неметаллических включений (например, окислы РеО, 5102, АЬОз, нитриды Ре4Ы и др.), в виде твердого раствора или, находясь в свободном виде, располагаются в дефектных участках металла (раковины, трещины и т. д.). Примеси внедрения (азот, кислород), концентрируясь в зернограничных объемах и образуя выделения нитридов и оксидов по границам зерен, повышают порог хладноломкости и понижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (окислы, нитриды, частицы шлаков и т. п.), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить, если они присутствуют в повышенных количествах или располагаются в виде скоплений, предел выносливости и вязкость разрушения. [c.153] Очень вредным является растворенный в стали водород, который сильно охрупчивает сталь. Поглощенный при выплавке стали водород не только охрупчивает сталь, но приводит к образованию в катаных заготовках и крупных поковках флокенов. Флокены представляют собой очень тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен — хлопьев серебристого цвета. Флокены резко ухудшают свойства стали. Металл, имеющий флокены, нельзя использовать в промышленности. Водородное охрупчивание стали часто наблюдается при сварке. Влияние водорода при сварке проявляется в образовании холодных трещин в наплавленном и основном металле. [c.153] Наиболее вероятно хрупкость вызывается давлением молекулярного водорода, выделяющегося в порах, трещинах и в др. несплошностях металла, а также в зоне концентрации дефектов строения, особенно в процессе пластического деформирования. Предполагается, что охрупчивающее действие водорода связано с диффузией его к очагам будущего разрушения или к фронту растущей трещины в зонах растягивающих напряжений, если скорость деформации меньше скорости диффузии водорода. Именно с влиянием водорода связано появление склонности к так называемому замедленному разрушению. [c.154] Широко применяемые в последние годы выплавка или разливка в вакууме значительно уменьшают содержание водорода в стали. [c.154] Вернуться к основной статье