- •5. Разрушение металлов
- •6. Механические свойства металлов
- •8. Железо и сплавы на его основе
- •9. Углеродистые стали
- •9.1. Влияние углерода на свойства сталей.
- •9.3. Углеродистая сталь общего назначения
- •10. Чугун
- •11. Термическая обработка
- •11.1. Классификация видов термической обработки.
- •11.2. Основные виды термической обработки стали:
- •11.3. Основные превращения в стали.
- •12. Упрочнение металлических материалов
- •19.4. Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой.
- •19.5. Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.
9.1. Влияние углерода на свойства сталей.
С изменением содержания углерода изменяется структура стали. Если в стали содержание углерода меньше 0,8%, то ее структура состоит из феррита и перлита; сталь содержащая 0,8% С в меру своих природных особенностей, состоит из одного перлита; в стали содержащей больше 0,8 % С кроме перлита имеется вторичный цементит (рис. 13).
Рис. 13. Структура сталей с различным содержанием углерода
а – структура стали с 0,4% С, феррит + перлит
б – структура стали с 0,8% С, перлит
в – структура стали с 1,2% С, феррит + перлит +цементит(вторичный)
Рис. 14. Влияние углерода на механические свойства стали
Увеличение содержания углерода приводит к повышению прочности и понижению пластичности (рис. 14).
9.2. Влияние постоянных примесей на свойства стали. Постоянными примесями в сталях являются марганец, кремний, фосфор, сера, водород, азот, кислород. Обычно содержание этих элементов ограничивается следующими пределами, %: 0,8 Mn; 0,5Si; 0,05P; 0,05 S.
Марганец. Во время выплавки этот элемент вводят в сталь для удаления вредных примесей закиси железа – раскисления: FeO+Mn=MnO+Fe. А также для устранения вредных сернистых соединений. Марганец повышает прочность горячекатаных изделий.
Кремний. Также вводится специально и способствует раскислению стали 2FeO+Si=2Fe+SiO2.
Фосфор. Руды железа, а так же топливо и флюсы, применяемые при выплавке металла, содержат фосфор. Его содержание в готовой стали изменяется в пределах 0,02…0,03%. Фосфор резко повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние, иначе вызывает хладноломкость стали и является вредной примесью.
Сера. Попадает в металл из руд и печных газов. Обычно содержание серы для высококачественной стали недолжно превышать 0,02…0,03%. Для стали обычного качества допускается более высокое содержание серы 0,03…0,04%. Сера делает сталь хрупкой при температурах от 800 0С и выше т.е. в районе температур красного каления, иначе вызывает красноломкость стали. Является вредной примесью.
Газы. Водород, азот и кислород содержатся в сталях в небольших количествах до 0,008% и способствуют охрупчиванию металла.
9.3. Углеродистая сталь общего назначения
Горячекатаная сталь, поступающая от производителя в виде проката (прутки, балки, листы, трубы), наиболее применяемый материал для производства машин, станков, строительных металлоконструкций.
В соответствии с ГОСТ 380-71 предусматривается поставка сталей трех групп:
Группа А – с гарантируемыми механическими свойствами. Химический состав не гарантируется. Не предусматривается подвергать эту группу сталей горячей пластической деформации и сварке. Маркируется буквами Ст и номером 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Чем выше номер, тем выше прочность, но ниже пластичность. Свойства этих сталей приведены в таблице 1.
Таблица 2. Стали общего назначения группа А.
Марка стали |
в, МПа |
т, МПа, (не менее) |
Б, %, (не менее) |
Ст0 Ст1 Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6 |
300 310-410 330-430 370-480 410-530 490-625 более 585 |
- - 205 225 245 265 294 |
22 32 31 25 23 19 14 |
Группа Б – с гарантируемым химическим составом. Данная группа сталей может подвергаться горячей обработке. Стали этой группы маркируются также как и стали группы А. Состав этих сталей приведен в таблице 2.
Таблица 3. Состав сталей общего назначения группы Б, %.
Марка стали |
C |
Mn |
Ст0 Ст1 Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6 |
Менее 0,23 0,06-0,12 0,09-0,15 0,14-0,22 0,18-0,27 0,28-0,37 0,38-0,49 |
- 0,25-0,50 0,25-0,50 0,30-0,65 0,40-0,70 0,50-0,80 0,50-0,80 |
Группа В – с гарантируемыми механическим свойствами и химическим составом (для сварных конструкций). Маркируется буквой В и цифрой. Сталь ВСт1 имеет механические свойства, как Ст1кп группы А (табл. 1) и химический состав, как Ст1 группы Б (табл. 2). Точно также определяются свойства и химический состав ВСт2, ВСт3 и т.д.
В зависимости от условий и степени раскисления различают стали:
спокойные "сп" (Cт1сп, Cт2сп, Cт3сп, Cт4сп, Cт5сп, Cт6сп );
полуспокойные «пс» (Cт1пс, Cт2пс, Cт3пс, Cт4пс, Cт5пс, Cт6пс);
кипящие «кп» (Cт1кп, Cт2кп, Cт3кп, Cт4кп).
Спокойные стали кристаллизуются спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляются только ферромарганцем и до затвердевания в них находится повышенное содержание FeO. При затвердевании после разливки FeO взаимодействует с углеродом стали, образуя СО, который выделяется в виде пузырьков, создавая впечатление, что металл кипит. Массовая доля серы должна быть не более 0,05%; фосфора - не более 0,04 %; азота - не более 0,008 %.