Характеристика залізовуглецевих сплавів, класифікація сталей та чавунів. Теорія і технологія термічної обробки металів, її вплив на конструктивні показники сталі, аналіз процесів відпалу, відпуску, гартування, легування. Хіміко-термічна обробка сталі.
Аннотация к работе
Сталь - багатокомпонентний сплав, хоча визначення сталі - сплав заліза і вуглецю, при вмісті вуглецю до 2,14 %. Основа Fe-C сплавів це Fe і С.Постійними домішками сталей є : Mn , Si , S , P , O , H , N , Cr , Ni та інші. Mn і Si переходять в сталь під час її розкислення. S і P попадають із руди , Cr і Ni - із шихти та легованого металолому. O, H , N - присутні у вигляді неметалевих включень.
Властивості сталей формує вуглець, а постійні домішки , в залежності від їх кількості, впливають на ці властивості.
Вплив вуглецю. Сталь після повільного охолодження , тобто у відпаленому стані, складається із двох фаз - Ф і Ц. Кількість Ц збільшується прямо пропорційно вмісту вуглецю. Твердий і крихкий Ц підвищує тимчасовий опір, твердість, межу плинності, але знижує характеристики пластичності (?, ?, KCV, K1С). Підвищення вмісту вуглецю полегшує перехід сталі в крихкий стан, кожна 0,1% С підвищує поріг холодноламкості на 20 °С і розширює перехідний інтервал від вязкого до крихкого стану, при цьому знижується густина сталі, зростає електроопір і коерцитивна сила , знижується теплопровідність, залишкова індукція та магнітна проникність.
Вплив кремнію. Гарно розкислена сталь містить не більше 0,37% кремнію, він дегазує метал і підвищує густину зливка. Після розкислення Si залишається у твердому розчині ( у Ф), сильно підвищує межу плинності, знижує здатність сталі до витяжки та холодної висадки. Тому у сталях, які піддають холодній пластичній деформації - штамповці, висадці, вміст кремнію повинен бути мінімальним.
Вплив марганцю. Максимальний вміст марганцю 0,8%, він знижує вміст сірки, суттєво підвищує міцність, практично не знижує пластичність та різко знижує червоноламкість за рахунок звязування сірки, яка присутня у вигляді FES у власний сульфід. Марганець розчиняється у фериті і цементиті.
Вплив сірки. Сірка - це негативна домішка, верхня границя вмісту сірки 0,05%. Сірка з залізом утворює сполуку FES, яка практично не розчиняється у твердому залізі, а з рідким залізом утворює легкоплавку евтектику з тпл=988°С. При кристалізації евтектика розташовується по межах зерен і при наступному нагріванні сталі до 1000 - 1200 °С під час кування чи прокатки вона розплавляється. При деформації сталі в місцях розташування евтектики виникають тріщини і надриви. Це явище називається червоноламкістю.
Сполуки сірки знижують ударну вязкість і характеристики пластичності у поперечному напрямку витяжки, знижується і межа витривалості. При збільшенні вмісту сірки знижується робота розвитку тріщини і вязкість руйнування, сірка погіршує зварюваність і корозійну стійкість сталей. Вміст сірки в сталі суворо обмежується і залежить від якості сталі.
Автоматні сталі S=0,08 - 0,3 % P ? 0,05 %
Сталі звичайної якості S ? 0,05 % P ? 0,04 %
Якісні S ? 0,04 % P ? 0,035 - 0,04 %
Високоякісні S ? 0,025 % P ? 0,025 %
Вплив фосфору. Фосфор розчиняється у фериті, дуже сильно деформує кристалічну гратку і підвищує межу міцності і плинності, але знижує пластичність і вязкість, і причому сильніше при збільшенні кількості вуглецю. Фосфор підвищує поріг холодноламкості сталі і знижує роботу розвитку тріщини. Сталь, яка містить фосфор в кількості 0,05 % має роботу розвитку тріщини у 2 рази меншу, ніж сталь з вмістом 0,005 % P. Кожна 0,01 % P підвищує поріг холодноламкості на 20 - 25 °С. Здатність фосфору до сегрегації по границях зерен сприяє окрихчуванню при низьких температурах, це явище називається холодноламкістю. Фосфор має велику схильність до ліквації, тому внутрішня частина зливку сильно збагачена фосфором і характеризується низькою вязкістю.
Вплив газів. Водень, азот, кисень в сталях містяться в невеликих кількостях, і кількість їх залежить від способу виробництва сталі. Гази присутні у різних несуцільностях, у твердому розчині, у формі різних сполук - неметалевих включень - нітриди, оксиди. Неметалеві включення знижують межу витривалості та вязкість руйнування.
Дуже негативною домішкою є водень, оскільки він сильно окричує сталь. Водень у катаних заготовках утворює флокени - тонкі тріщини овальної чи округлої форми, які у зломі мають вигляд пятна чи пластівців сріблястого кольору. Флокени різко погіршують властивості сталі. Водень при заварюванні сприяє утворенню холодних тріщин.
Домішки кольорових металів присутні в сталях в кількості сотих долей % , і попадають в сталь з металевого лому, це Cu, Ni, Cr, Zn, Sn, Sb та ін. Ці домішки практично не впливають на механічні властивості сталей, хоча по деяким даним домішки кольорових металів підвищують поріг холодноламкості.
Класифікація вуглецевих сталей
Сталями називаються сплави Fe і C, які містять до 2,14 %С.
Класифікація сталей проводиться по наступним параметрам : І) По структурі у відпаленому стані : а) доевтектоїдні - Ф П; до 0,83 % С б) евтектоїдні - П; 0,83 % С в) заевтектоїдні - П ЦІІ; 0,83 - 2,14 % С
ІІ) По вмісту вуглецю : 1) технічне залізо - містить до 0,025 %С, структура - ферит та Ф ЦІІІ.