Вуглецеві сталі

ВУГЛЕЦЕВІ СТАЛІ

План

1. Вплив вуглецю та постійних домішок на властивості сталей

2. Класифікація вуглецевих сталей

3. Маркування сталей

4. Застосування сталей

        Залізовуглецевий сплав із вмістом вуглецю менше 2,14% називається сталлю. Після кристалізації має однофазну аустенітну структуру.

        Сталі мають високий, успадкований від заліза модуль пружності, а відтак високу жорсткість, яка поєднується із достатніми статичною і
циклічною міцностями. Взаємодія заліза та вуглецю з іншими хімічними елементами робить сталь міцною, надає їй чимало цінних властивостей: корозієстійкості, жаростійкості, зносостійкості, особливих магнітних, теплових і пружних властивостей. Високі технологічні властивості (добра оброблюваність тиском та різанням) та відносно низька вартість роблять сталь основним матеріалом для деталей машин, приладів і будівельних металоконструкцій.

Близько 80% виплавлюваних статей є вуглецевими. Вуглецева сталь промислового виробництва — складний за хімічним складом сплав. Крім заліза і вуглецю, що вводяться спеціально, в ній є ще елементи, які залишаються через технологічні особливості виробництва (кремній, марганець), неможливість повного видалення (сірка, фосфор, кисень, водень, азот) або як випадкові домішки (миш'як, мідь, олово, сурма). Fe3O4 Fe2O3 FeO FeS ≤0,04

Безумовно, властивості сталі будуть значно залежати не тільки від вмісту основного компоненту — вуглецю, а й від вмісту постійних домішок, серед яких є корисні (кремній та марганець) і шкідливі (сірка, фосфор та перелічені гази). Допустимий вміст постійних домішок становить ,%; марганцю — 0,8; кремнію — 0,5; сірки — 0,05; фосфору — 0,05; азоту — 0,01; кисню — 0,008; водню — 0,0007. 

Вуглець. При зміні вмісту вуглецю змінюються структурні складові і їх співвідношення. При вмісті вуглецю до 0,006% у структурі наявний чистий ферит, в інтервалі концентрацій 0,006 — 0,023% С — ферит і цементит третинний (рис.1, а), 0,023 — 0,83% С — ферит і перліт (рис. 1, б), 0,83% С (чистий перліт (рис. 1, в), 0,83 — 2,14% — перліт і цементит вторинний (рис. 1, г). Відповідатимуть структурі і механічні властивості (рис. 2). Збільшення вмісту вуглецю в сталі підвищує твердість і міцність та знижує пластичність і в'язкість. Зниження міцності сталі при вмісті вуглецю понад 0,8% зумовлене вкрапленнями вторинного цементиту у вигляді сітки довкола зерен перліту.

[pic 1][pic 2]

        а        б

[pic 3][pic 4]

        в                г

Рисунок 1 – Мікроструктура доевтектоїдної сталі: а – Ф + ЦІІІ; б – Ф + П; евтектоїдної сталі: в – чистий перліт; заевтектоїдної сталі: г – П + ЦІІ (× 200)

[pic 5]

Рисунок 2 – Залежність механічних властивостей сталей від вмісту вуглецю

Змінюються також зі збільшенням вмісту вуглецю і деякі фізичні властивості. Наприклад, зростають питомий електричний опір та коерцитивна сила і зменшуються густина та магнітна проникність.

        Марганець.  Цей елемент вводять в усі сталі під час розкисленення, видалення закису заліза за реакцією:

FеО + Мn → МnО + Fе. 

Марганець розчиняється в α-залізі (фериті) та цементиті і зміцнює їх, також  (при  великому  вмісті)  може  створювати  карбід Мn3С, подібний за властивостями до цементиту. Марганець суттєво підвищує міцність і пружність, а також усуває шкідливу дію сірки, утворюючи тугоплавку (1620°С) сполуку МnS, що переходить у шлак. 

Кремній. Як і марганець, кремній використовується для розкислення сталі за реакцією 2FеО + Si → 2Fе + SіO2. Кремній структурно невидимий, бо повністю розчиняється у фериті і підвищує його твердість і пружність. Частина кремнію може залишитись у твердій стані у вигляді оксиду, якщо він не встиг перейти у шлак. У процесі деформації злитків під час їх переробки у напівфабрикати (прокат) або готові вироби вони подрібнюються і розміщуються періодично вздовж осі виробу, що надає його механічним властивостям анізотропії (властивості слабшають впоперек виробу).