Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
0,8 /100 = 0,4 I Х\ Х= 0,4 х 100 / 0,8 = 50% перлита Таким образом, структура стали, содержащей 0,4% углерода, будет состоять из 50% перлита и 50% феррита. Можно решить и обратную задачу, т. е. по структуре определить содержание в стали углерода. При использовании приведенной диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов следует иметь в виду, что ее данные относятся лишь к обычным углеродистым сталям. Для изучения стали, содержащей специально введенные присадки, она применяться не может.
о ол о,8 I г
Содержание углерода, б*/
Рис. 42. Практическое использование диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.
37
ВЛИЯНИЕ ПОСТОЯННЫХ ПРИМЕСЕЙ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ.
Чтобы облегчить изучение строения стали и чугуна, мы рассматривали их до сих пор как простые двойные сплавы железа с углеродом. Однако известно, что любая сталь и чугун имеют в своем составе в качестве неизбежных спутников кремний, марганец, фосфор и серу. У обычных сталей допускается следующее количество указанных примесей: кремния - до 0,4%, марганца - до 0,8%, фосфора - до 0,05%, серы - до 0,05%. Следует выяснить, как располагаются эти примеси в структуре стали и какое влияние они оказывают на ее свойства. Такие примеси, как марганец, кремний и фосфор, не образуют в структуре стали
самостоятельных зерен, — они в основном растворяются в феррите. В кристаллической решетке феррита расположены, кроме атомов углерода, также и атомы кремния, марганца и фосфора. Следовательно, рассматривая структуру стали, мы этих примесей не увидим. Сера в железе почти не растворима, а в структуре стали она образует химические соединения -сернистое железо (FeS) или сернистый марганец (MnS). Сульфиды железа и марганца, а также соединения кислорода с металлом (FeO, МпО), находящиеся в структуре стали, называют неметаллическими включениями. Они наблюдаются под микроскопом на нетравленом полированном микрошлифе (рис. 43). Влияние примесей на свойства стали неодинаково. Наиболее серьезное влияние на свойства стали оказывает углерод. С увеличением содержания углерода твердость стали повышается, а относительное удлинение 5 и относительное сужение \|/ понижаются. Предел прочности о/, и предел упругости ае стали повышаются с увеличением содержания углерода до 0,8—0,9%. При дальнейшем увеличении содержания углерода в структуре стали появляется свободный цементит, который располагается по границам зерен перлита в виде сетки. Вследствие исключительной хрупкости цементита понижается не только пластичность стали, но и ее упругость и прочность. Изменение механических свойств стали в зависимости от содержания углерода приведено на рис. 44. Кремний и марганец в тех количествах, в каких они содержатся у обычной стали, не оказывают заметного влияния на ее свойства. Сера и фосфор — вредные примеси стали. При повышенном содержании фосфора в стали наблюдается явление хладноломкости, т. е. сталь делается хрупкой, особенно при низкой температуре (на морозе). Причина этого явления состоит в том, что атомы фосфора, располагаясь в решетке железа, сильно искажают ее, так как атомы фосфора резко отличаются от атомов железа. Кроме того, фосфор неравномерно распределяется в стали, скапливаясь на отдельных участках в значительном количестве. Такое неравномерное распределение примесей в данном объеме стали и в объеме каждого кристалла называется ликвацией.
Вредное влияние фосфора особенно сильно проявляется в сталях с повышенным содержанием углерода, так как углерод уменьшает растворимость фосфора и стали. Вытесненный из твердого раствора фосфор располагается в виде хрупкой эвтектики по границам структурных составляющих, ослабляет сцепление между ними и способствует хрупкости стали.
Повышенное содержание в стали серы вызывает явление красноломкости: в стали при обработке ее давлением при температурах 900 - 1200° образуются трещины. Причина этого заключается в том, что сернистое железо располагается по границам зерен железа в виде механической смеси, которая имеет температуру плавления 985°. При высоких температурах эта смесь расплавляется, вследствие чего уменьшается связь между зернами. Если сера находится в виде сернистого марганца, то она оказывает менее вредное влияние на свойства
Рис. 43. Скопления сернистых включений в структуре стали - нетравленый шлиф (х500)
38
стали. Сернистый марганец имеет более высокую температуру плавления (1620°), поэтому он затвердевает раньше стали и располагается не по границам зерен, а обособленными участками. В отдельных случаях примеси серы и фосфора в стали играют положительную роль, так как способствуют хорошей обрабатываемости ее на станках. Поэтому у некоторых сталей допускается содержание серы до 0,3% и фосфора до 0,15%. Такие стали называются автоматными. Они используются для изготовления изделий на станках-автоматах.
УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ И ИХ МАРКИРОВКА.
Углеродистыми называются такие стали, которые имеют в своем составе, кроме углерода, небольшое количество постоянных примесей (кремния, марганца, фосфора, серы). Эти примеси попадают в сталь в процессе ее выплавки независимо от нашего желания. Кроме углеродистой, различают еще легированные стали, содержащие специально введенные элементы (никель, хром и др.) для получения тех или иных свойств стали. В зависимости от области применения углеродистые стали делятся на две группы:
