2018-03-09
212
Сталью называются сплавы железа с углеродом и примесными элементами, содержащие от 0,02 до 2,14 % углерода.
По химическому составу сталь подразделяется на углеродистую и легированную. Легированной называется сталь, в состав которой в процессе её выплавки введены легирующие элементы, такие как хром, никель, молибден, вольфрам и др. Вся нелегированная сталь называется углеродистой.
Равновесной называется микроструктура стали, соответствующая диаграмме состояния системы «Железо – Цементит». Равновесную структуру имеет сталь подвергнутая отжигу, который сопровождается медленным охлаждением с печью. Согласно диаграмме состояния «Железо – Цементит» (рисунок 5.1.) для сталей характерны следующие фазовые и структурные составляющие.
Феррит (Ф) – твёрдый раствор углерода в α-железе (Feα). Кристаллическая решётка Feα – объёмно-центрированная кубическая (ОЦК). Растворимость углерода в Feα очень мала (£ 0,02 % С при t = 727 оС). Феррит обладает низкой твёрдостью и высокой пластичностью (НВ от 80 до 120, δ = 40 … 50 %), магнитен.
Рисунок 5.1 -–Диаграмма состояния «Железо – Цементит»
Аустенит (А) – твёрдый раствор углерода в γ-железе (Feγ). Кристаллическая решётка аустенита – гранецентрированная кубическая (ГЦК). Аустенит немагнитен, обладает меньшим удельным объёмом, чем феррит, имеет низкую твёрдость и высокую пластичность (НВ от 180 до 200, δ = 40 … 50 %).
Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). Содержит углерода 6,67 %. Цементит имеет сложную (ромбическую) кристаллическую решётку, очень высокую твёрдость (НВ ≈ 800 и хрупок (δ = 0 %).
Перлит (П) – физико-химическая смесь феррита и цементита, содержит углерода 0,8 %. Перлит образуется в результате распада аустенита при температуре 727 ºC. Твёрдость пластинчатого перлита средней дисперсности НВ от 200 до 250. Распад аустенита на перлит называется эвтектоидным превращением, а перлит – эвтектоидом.
Согласно диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов, углеродистая сталь по структуре делится на три группы
1. Доэвтектоидная сталь (менее 0,8 % углерода),
структура: феррит и перлит.
2. Эвтектоидная сталь (0,8 % углерода), структура: перлит.
3. Заэвтектоидная сталь (от 0,8 до 2,14 %углерода),
структура: цементит вторичный и перлит.
По назначению углеродистые стали классифицируются на конструкционные (до 0,65 % углерода), инструментальные (от 0,65 до 1,35 % углерода) и стали специального назначения (автоматные и котельные стали).
Углеродистые конструкционные стали предназначены для изготовления деталей машин, механизмов и строительных конструкций. Конструкционная сталь должна обладать высокой прочностью, пластичностью и вязкостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами.
Различаются конструкционные стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) и качественные (ГОСТ 1050-88). Углеродистые качественные конструкционные стали: 05, 08, 08пс, 08, 10, 10пс, 10, 15, 15пс, 18, 20, 20пс, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58 (55пп), по сравнению со сталями обыкновенного качества, содержат меньше вредных примесей серы (£ 0,04 % S) и фосфора (£ 0,035 % P). Цифра в марке стали указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента
Качественные углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У и цифрами, стоящими за буквой У (7, 8, 9 и т. д.), указывающими среднее содержание углерода в десятых долях процента. В высококачественных сталях за цифрами ставится буква А. Из углеродистых инструментальных сталей изготавливают разнообразные инструменты; зубила, молотки, штампы, кернеры, ролики труборезов, напильники, шаберы, ножовые полотна, свёрла и прочее.
Примерное содержание углерода в углеродистой стали рассчитывается по формуле
где F1, F2 – доля (площадь) соответственно фазы 1 и фазы 2 на поверхности микрошлифа (определяется примерно);
C1, к.т. C2 к.т. – содержание углерода соответственно в фазе 1 и фазе 2 при комнатной температуре, % (определяется по д.с. Fe – Fe3C).
