Залежність властивостей від складу і структури[

Властивості сталей залежать від їх складу і структури, які формуються присутністю та процентним вмістом наступних складових.

Карбон — складова, із збільшенням вмісту якої у сталі, збільшується її твердість і міцність, при цьому пластичність зменшується.

Кремній і марганець у межах (0,5...0,7 %) істотного впливу на властивість сталі не роблять.

Сірка є шкідливою домішкою, утворює з залізом хімічну сполуку FeS (сірчисте залізо). Сірчисте залізо у сталях утворює із залізом евтектику з температурою плавлення 1258 К, яка обумовлює червоноламкість матеріалу при обробці тиском з підігріванням. Вказана евтектика при термічній обробці розплавляється, у результаті чого між зернами втрачається зв'язок з утворенням тріщин. Крім цього, сірка зменшує пластичність і міцністьсталі, стійкість до зношування та корозійну стійкість.

Фосфор надає сталі холодноламкості (крихкість при понижених температурах). Це пояснюється тим, що фосфор спричиняє сильну внутрішньокристалічну ліквацію.

Ферит — залізо з об'ємноцентрованою кристалічною ґраткою і сплави на його основі є фазою м'якою і пластичною.

Цементит — карбід заліза, хімічна сполука з формулою Fe₃C, навпаки, надає сталі твердості та крихкості.

Перліт — евтектоїдна суміш двох фаз — фериту і цементиту, містить 1/8 цементиту і тому має підвищену міцність і твердість порівняно з феритом. Тому доевтектоїдні сталі набагато пластичніші, ніж заевтектоїдні.

Сталі містять до 2,14 % карбону. Фундаментом науки про сталь, як сплаву заліза з вуглецем є діаграма стану сплавів залізо-вуглець — графічне відображення фазового стану сплавів заліза з вуглецем в залежності від їх хімічного складу і температури.

Для покращення механічних та інших характеристик сталей застосовують легування. Головна мета легування переважної більшості сталей — підвищення міцності за рахунок розчинення легуючих елементів у ферит та аустеніті, утворення карбідів та збільшення прогартовуваності. Крім того, легуючі елементи можуть підвищувати стійкість проти корозії, теплостійкість, жаростійкість (окалиностійкість), жароміцність та ін. Такі елементи як хром, марганець, молібден, вольфрам, ванадій, титан утворюють карбіди, а нікель, кремній, мідь, алюміній карбідів не утворюють. Марганець та нікель знижують критичні точки А₁ і А₃, а решта — підвищують. Крім того, легуючі елементи зменшують критичну швидкість охолодження пригартуванні, що необхідно враховувати при призначенні режимів гартування (температури нагрівання та середовища для охолодження). При значній кількості легуючих елементів може суттєво змінитись структура, що приводить до утворення нових структурних класів в порівнянні з вуглецевими сталями.

Хіміко-термічна обробка сталей

Хіміко-термічна обробка сталей на додаток до змін у структурі сталі також приводить до зміни хімічного складу поверхневого шару шляхом додавання різних хімічних речовин до певної глибини поверхневого шару. Ці процедури вимагають використання контрольованих систем нагрівання та охолодження в спеціальних середовищах. Серед найпоширеніших цілей, що ставляться при використанні цих технологій є підвищення твердості поверхні при високій в'язкості серцевини, зменшення сил тертя, підвищення стійкості до зношування, підвищення стійкості до втоми та покращення корозійної стійкості. До цих методів відносяться:

• Цементація (C) збільшує твердість поверхні м'якої сталі через збільшення концентрації вуглецю у поверхневих шарах.

• Азотування (N) як і цементація збільшує поверхневу твердість та зносостійкість сталі.

• Ціанування і нітроцементація (N+C) — це процес одночасного насичення поверхні сталей вуглецем і азотом. При ціануванні використовують розплави солей, які мають в своєму складі групу NaCN, а при нітроцементації — суміш аміаку з газами, які мають в складі вуглець (СО,СН₄ та ін.). Після ціанування і нітроцементації проводять гартування і низьке відпускання.

• Сульфатування (S) — насичення поверхні сіркою, що покращує припрацювання тертьових поверхонь деталей, зменшується коефіцієнт тертя.

• Конструкці́йна сталь — це сталь, яка застосовується для виготовлення різних деталей, механізмів і конструкцій вмашинобудуванні та будівництві та характеризується певними механічними, фізичними і хімічними властивостями. Конструкційні сталі поділяються на декілька видів, кожен з яких поділяється на групи або категорії.