Влияние постоянно присутствующих примесей на свойства сталей

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 19Следующая ⇒

· Кремний раскисляет сталь по реакции: 2FeO + Si ® 2Fe + SiO₂. В углеродистых сталях кремния 0,17÷0,37%. В таком количестве кремний полностью растворяется в феррите, увеличивая прочность и упругость, немного снижая вязкость и пластичность.

· Марганец вводится в сталь для ее раскисления по реакции:

FeO + Mn ® Fe + MnO. Также марганец нейтрализует вредное влияние сульфида железа FеS. В углеродистых сталях марганца содержится 0,5÷0,8%. в таких количествах марганец немного повышает предел прочности, сопротивляемость стали истиранию, не оказывая заметного влияния на пластичность и вязкость.

Фосфор является вредной примесью для сталей. Фосфор, растворяясь в феррите, резко снижает его вязкость, пластичность, повышает прочность. Это влияние сказывается при наличии фосфора больше 0,3%. Фосфор сильно ликвирует, создает участки, обогащенные фосфором, которые располагаются по границам зерен в виде фосфидной эвтектики (Fе₃Р + Fе). Границы зерен являются местом, где зарождаются трещины при низких температурах, возникает явление хладноломкости (свойство материала терять вязкость, хрупко разрушаться при понижении температуры).

· Сера – вредная примесь в стали. В любых количествах сера растворяется в железе и образует легкоплавкую эвтектику (FeS + Fe) с относительно невысокой температурой плавления (985 °С). Сульфидная эвтектика находится в жидком состоянии при температуре горячей обработки металлов давлением (900÷1200 °С) и является причиной красноломкости (хрупкость при горячей обработке давлением) сталей. Для нейтрализации вредного влияния сульфида железа FeS в сталь вводят марганец. Соединяясь с серой, он образует сульфид МnS с температурой плавления 1620 °С. При температуре горячей обработки металлов давлением сульфид марганца весьма пластичен и при деформации вытягивается вдоль направлений прокатки в виде продолговатых линз. Эти включения недопустимы в ответственных деталях. Они не влияют на статическую прочность деталей, но снижают усталостную и динамическую прочность и ударную вязкость.

Структурные составляющие в сталях

Феррит – мягкая, малопрочная, пластичная структурная составляющая стали. Твердость НВ = 700÷800 МПа, предел прочности s_В= 250 МПа, относительное удлинение d= 40%, ударная вязкость КСU= 2,5 МДж/м².

Цементит (карбид железа) – химическое соединение, отвечающее формуле Fe₃С, содержит углерода 6,67%. Цементит обладает высокой твердостью НВ=8000 МПа, он хрупкий, имеет пластичность, практически равную нулю. Увеличение количества цементита в сталях приводит к повышению твердости и снижению пластичности. Во всех сталях присутствует цементит, входящий в состав перлита. Структурно свободный цементит (вторичный) содержится в заэвтектоидных сталях. Избыточный вторичный цементит не только повышает твердость сталей, но и охрупчивает их (см. рис. 2.1).

Перлит – эвтектоидная фазовая смесь феррита и цементита с концентрацией углерода 0,8%. Свое название он получил по перламутровому оттенку шлифа после травления. В зависимости от формы цементита перлит бывает зернистым и пластинчатым. Пластинчатый перлит образуется при медленном охлаждении аустенита, зернистый получают отжигом. Их свойства различаются. Пластинчатый перлит имеет предел прочности при растяжении около 800 МПа, твердость НВ = 2000 МПа, относительное удлинение 15%. Чем выше скорость охлаждения, тем мельче пластиночки перлита, тем выше твердость и прочность, ниже пластичность. Зернистый перлит менее прочен и тверд, чем пластинчатый, но более пластичен и вязок (НВ = 1870 МПа). Пластинчатый перлит затрудняет обрабатываемость резанием. Поэтому металлургические заводы, согласно ГОСТу, обязаны выпускать инструментальные стали со структурой зернистого перлита.

Влияние углерода на свойства стали

Решающая роль в составе стали отводится углероду. Углерод повышает прочность сталей, но снижает их пластичность и вязкость, повышает порог хладноломкости (t₅₀), увеличивая чувствительность к хрупкому разрушению (рис. 2.1).

Изменение механических свойств объясняется наличием различных структурных составляющих.

В соответствии с диаграммой состояния «Fе–Fe₃С» стали классифицируют по структурена

· доэвтектоидные (с содержанием углерода менее 0,8%),

· эвтектоидные (0,8% С),

· заэвтектоидные (более 0,8% С).

Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита и перлита. Чем больше содержание углерода, тем меньше феррита и больше перлита, следовательно, выше твердость и прочность, ниже пластичность и вязкость.

Структура эвтектоидной стали состоит только из перлита. Эта сталь имеет высокую твердость и износостойкость, поэтому применяется в качестве инструментальной. Высокую твердость сталь приобретает при закалке с низким отпуском.

Структура заэвтектоидной стали состоит из перлита и вторичного цементита. Максимальное содержание углерода в углеродистых инструментальных сталях 1,3%. При медленном охлаждении из однофазного аустенитного состояния перлит получается пластинчатым, а вторичный цементит выделяется в виде сетки по границам зерен перлита. Цементитная сетка не допускается ГОСТом, она резко снижает ударную вязкость, упругость и прочность сталей. Цементитная сетка дробится при обработке давлением и при нормализации. Форма включений вторичного цементита в инструментальных сталях – сферическая.

Технически чистое железо

Сплавы, содержащие углерода не более предела растворимости при комнатной температуре 0,006%, являются однофазными и имеют структуру феррита. К ним относится электролитическое железо. При большем содержании углерода до максимального предела растворимости 0,02% сплавы относятся к технически чистому железу. Его равновесная структура состоит из феррита, иногда с тонкими прослойками цементита третичного по границам зерен. Прочность технически чистого железа мала и в качестве конструкционного материала его практически не применяют. Его используют как магнитомягкий

материал с высокой индукцией насыщения для изготовления сердечников катушек, электромагнитов, трансформаторов, динамомашин и др.

Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 207; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!