Питання до контрольної роботи за темою 2

1. Які основні фазові й структурні складові наявні у сплавах залізо-вуглець?

2. У чому полягає відмінність сталей від чавунів?

3. Які основні види термічної обробки застосовують в матеріалознавстві?

4. Що таке мартенсит?

5. Чи однакова розчинність вуглецю у фериті й аустеніті?

3 Конструкційні сталі

3.1 Конструкційні вуглецеві сталі

Вуглецеві сталі є однією із груп конструкційних сталей, які широко використовуються у різних галузях промисловості. Вони діляться на низьковуглецеві (до 0,3 % вуглецю), cередньовуглецеві (від 0,3 до 0,6 %) і високовуглецеві (>0,6 %).

Багато експлуатаційних і технологічних характеристик таких сталей залежать від здатності розкислення і вмісту домішок. Крім хімічного складу, конструкційні сталі класифікують за їхньою якістю, засобами розкислення й призначенням.

За здатностями розкислення, сталі діляться на киплячі (кп), які розкислюються тільки марганцем (у них багато кисню), напівспокійні (пс), які розкислюються марганцем і кремнієм, спокійні (сп), які розкислюються Mn, Si та Al. У спокійних сталях мало кисню й вони кристалізуються без газовиділення, на відміну від киплячих, коли виділяються міхури CO, що створюють враження кипіння. Наявність кремнію в сталях при розкисленні сильно зміцнює ферит і знижує допустимий ступінь деформації сталей.

За якістю сталі ділять на сталі звичайної якості, якісні й високоякісні. Група якості визначається сумарною наявністю домішок, у першу чергу сірки й фосфору. До сталей звичайної якості належать сталі вуглецеві із вмістом сірки < 0,06 %, а фосфору від 0,04 до 0,07 %. Їх ділять на три групи: А, Б і В. Сталі групи А поставляються споживачам з гарантованими механічними властивостями; групи Б – за хімічним складом, а групи В – за механічними властивостями і складом. Їх можна піддавати термічній обробці й використовувати для виробів, що зварюються. У кожній із зазначених груп сталі діляться на категорії, залежно від змісту вуглецю. Категорії позначаються цифрами від 0 до 6. Механічні властивості тим вищі, чим більша цифра, тобто чим вищий вміст вуглецю. Маркуються ці сталі як Ст1, Ст3, БСт5, ВСт4, ВСт6. Буква вказує групу, цифра – категорію, у групі А – буква в марці не ставиться (буква А перед маркою конструкційних сталей використовується для, так званих, автоматних сталей, тобто які обробляються на верстатах-автоматах). Механічні властивості сталей звичайної якості змінюються в інтервалі σ_в від 320400 МПа й δ = 33 %  для Ст1; σ_в від 380470 МПа й δ=2725 %  для Ст3; величина σ_в для Ст6 дорівнює 600 МПа й δ = 12 %. Для зварених конструкцій переважно використовують спокійні й напівспокійні сталі марок Ст3сп, ВСт4сп, ВСт5. Вони менш схильні до термічного й деформаційного старіння, у них низький поріг холодноламкості (для Ст3сп він дорівнює – 40ºС).

Якісні вуглецеві сталі містять меншу кількість домішок (менше 0,04 % сірки й 0,04 % фосфору). Приналежність вуглецевих сталей до якісних визначається в маркуванні двома цифрами, що означають вміст вуглецю в сотих частках відсотка (напр.: 08 – сталь із вмістом 0,08% С, 10 – з 0,10 % С, 45 – 0,45 % С і под.) Сталі 08, 08кп, 10, 10кп звичайно застосовують для глибокого витягування (при штампуванні виробів) і не потребують термічної обробки. Сталі 15, 20, 25 можуть застосовуватися для виготовлення різних деталей ректифікаційних колон, ковпачків, тарілок, кришок, кожухів та ін. Середньовуглецеві якісні сталі (30, 35, 45, 50) також застосовують для широкого кола виробів (у компресорах, насосах, приводах машин, при інтенсивному навантаженні). Середньовуглецеві сталі добре обробляються різанням, добре загартовуються. Для підвищення здатності до гартування в них додається Mn до вмісту від 0,8 до 1,20 %, тобто більше, ніж при розкисленні. При маркуванні таких сталей до цифр, що вказують вміст вуглецю, додається буква Г (яка означає легування марганцем), напр., 60Г, 70Г. Додавання марганцю приводить до підвищення ударної в'язкості. Якісні високовуглецеві сталі (70, 80, 85) мають досить високі міцнісні властивості (σ_в для сталі 70 дорівнює 730 МПа, при δ = 910 %, для сталі 85 – 1150 МПа й 6 % відповідно). Застосовуються ці сталі після гартування й відпуску для виготовлення деталей, які працюють при високих навантаженнях та вібраціях (пружини, ресори, пружинні кільця та ін.).