19. В чем особенности железоуглеродистых сплавов как материалов для изготовления художественных изделий?

Чистое железо- металл серебристо-белого цвета, тугоплавкий. Температура плавления железа 1539ºС. Железо имеет две полиморфные модификации, α и γ. При температурах ниже 910ºС железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку. Эту модификацию называют α-железо., α-железо магнитно до температуры 768ºС (точка Кюри). При нагреве железа его объемно-центрированная кубическая решетка при 910ºС превращается в гранецентрированную кубическую решетку, α-железо превращается в γ-железо., γ-железо существует при температуре 910-1392ºС. В интервале температур 1392-1539º существует α-железо, которое обозначают также δ-железо.

Углерод является неметаллическим элементом. Температура плавления углерода 3500ºС. Углерод в природе может существовать в двух полиморфных модификациях: алмаз и графит. Форма алмаза в сплавах не встречается. В железоуглеродистых сплавах в свободном виде углерод находится в форме графита. Кристаллическая структура графита слоистая. Прочность и пластичность его весьма низкие. Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, может образовывать химическое соединение- цементит, может находиться в свободном виде в форме графита.

Промышленные стали и чугуны- это многокомпонентные сплавы, в состав которых помимо железа и углерода входят так называемые постоянные примеси. Постоянными примесями являются марганец, кремний, наличие которых обусловлено технологическими особенностями производства, фосфор и сера, а также газы- кислород, азот, водород, которые невозможно полностью удалить из металла. Содержание углерода и примесей оказывает влияние на свойства железоуглеродистых сплавов.

Углерод оказывает большое влияние на механические свойства сталей. Чем выше содержание углерода в стали, тем больше в ее структуре содержится цементита. Так как цементит обладает высокой твердостью и хрупкостью, увеличение его количества приводит к повышению прочности и твердости стали, к уменьшению ее пластичности и вязкости. С увеличением содержания углерода в стали снижаются плотность, электропроводность, теплопроводность, магнитная проницаемость, растет электросопротивление.

Кремний и марганец считают полезными примесями. При выплавке стали их добавляют для раскисления. Соединяясь с кислородом закиси железа, они в виде окислов переходят в шлак. В результате раскисления свойства стали улучшается.

Кремний, оставшийся в стали после раскисления, повышает предел текучести, что снижает ее способность к холодной обработке давлением. Поэтому в сталях для штамповки содержание кремния должно быть снижено.

Марганец заметно повышает прочность стали, не снижая ее пластичности, резко уменьшает хрупкость при высоких температурах, удаляя серу из расплава.

Фосфор и сера являются вредными примесями. Фосфор уменьшает пластичность и вязкость стали, увеличивает ее склонность к образованию трещин при низких температурах. Сера снижает ударную вязкость, пластичность, предел выносливости, свариваемость и коррозионную стойкость сталей. Сера вызывает охрупчивание стали при высоких температурах. Содержание серы и фосфора в стали строго ограничивается.

Кислород, азот, водород отрицательно влияют на свойства сталей.