1Структура і властивості стали.

До С. як найважливішому матеріалу сучасної техніки пред'являються всілякі вимоги, що обумовлює велике число марок С., що відрізняються по хімічному складу, структурі властивостям. Основний компонент С. — залізо. Властивий залізу поліморфізм, тобто здатність кристалічної решітки міняти свою будову при нагріві і охолоджуванні, властивий і С. Для чистого заліза відомі 2 кристалічних решітки — кубічна об'емноцентрірованная (а-залізо, при вищих температурах d-залізо) і кубічна гранецентрована (g-залізо). Температури переходу однієї модифікації залоза в іншу (910 °С і 1400 °С) називаються критичними крапками. Вуглець і ін. компоненти і домішки С. міняють положення критичних крапок на температурній шкалі. Взаємодія вуглецю з модифікаціями заліза приводить до освіти т.з. твердих розчинів . Розчинність вуглецю в а-залозі вельми мала; цей розчин називається феритом . У g-залізі, що існує при високих температурах, розчиняється практично весь вуглець, в С, що міститься. (межа розчинності вуглецю в g-залозі 2,01%); розчин, що утворюється, називається аустенітом . Вміст вуглецю в С. завжди перевищує його розчинність в а-залозі; надлишковий вуглець утворює із залізом хімічну сполуку — карбід заліза Fe 3 C, або цементіт . Т. о., при кімнатній температурі структура С. складається з часток фериту і цементіта, присутніх або у вигляді окремих включень (т.з. структурно-вільного фериту і цементіта), або у вигляді тонкої механічної суміші, званої перлитом . Загальні відомості про температурні і концентраційні кордони існування фаз (фериту, цементіта, перлиту і аустеніту) дає діаграма стану сплавів Fe — З (див. Залізовуглецеві сплави ). Для фериту характерні відносно низька міцність і твердість, але високі пластичність і ударна в'язкість. Цементіт крихкий, але вельми твердий і готується. Перлит володіє коштовним поєднанням міцності, твердості, пластичності і в'язкості. Співвідношення між цими фазами в структурі С. визначається головним образом вмістом в ній вуглецю; різні властивості цих фаз і обумовлюють різноманіття властивостей С. Так, С., що містить ~0,1% З (у її структурі переважає ферит), характеризується великою пластичністю; С. цього типа використовується для виготовлення тонких листів, з яких штампують частини автомобільних кузовів і ін. деталей складної форми. С., в якій міститься ~0,6% З, має зазвичай перлитову структуру; володіючи підвищеною твердістю і міцністю при достатній пластичності і в'язкості, така С. служить, наприклад, матеріалом для ж.-д.(железнодорожний) рейок, коліс, осей. Якщо С. містить близько 1% З, в її структурі поряд з перлитом присутні частки структурно-вільного цементіта; ця С. в загартованому вигляді має високу твердість і застосовується для виготовлення інструменту. Діапазон властивостей С. розширюється за допомогою легування, а також термічної обробки, химіко-термічної обробки, термомеханічної обробки металу. Так, при гарту С. утворюється метастабільна фаза мартенсіт — пересичений твердий розчин вуглецю в а-залозі, що характеризується високою твердістю, але і великою крихкістю; поєднуючи гарт з відпусткою, можна додати С. необхідне поєднання твердості і пластичності.

2. Тве́рдість

Тве́рдість --властивість матеріалу опиратися проникненню до нього іншого, твердішого тіла.: твердість — здатність матеріалу чинити опір деформуванню та руйнуванню під дією місцевих контактних зусиль[1].

Найтвердішим із відомих матеріалів є ультратвердий фулерит (приблизно в 1,17—1,52 разів твердіший за алмаз). Однак, цей матеріал доступний лише у мікроскопічних кількостях. Найтвердішою з поширених речовин є алмаз (10 одиниць за шкалою Мооса, див. нижче). Для вимірювання твердості є кілька шкал (методів вимірювання): Метод Брінелля — твердість визначається за діаметром відбитка, який залишає металева кулька, що втискується у поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, прикладеного до кульки, до площі відбитка (причому площа відбитка береться як площа частини сфери, а не як площа кола); одиницею твердості служить кгс/мм². Твердість, визначена за цим методом, позначається HB, де H = hardness (твердість, анг.), B — найменування шкали.

Метод Роквелла — твердість визначається за глибиною відбитка металевої кульки чи алмазного конуса у поверхні тестованого матеріалу. Твердість, визначена за цим методом, є безрозмірною і позначається HR, HRB, HRC і HRA; твердість обчислюється за такою формулою HR = 100 − kd, де d — глибина втиснення наконечника після зняття основного навантаження, а k — коефіцієнт. Отже, нескінченній твердості відповідає HR 100; м'які матеріали можуть мати негативні значення твердості. Метод Віккерса — твердість визначається за величиною відбитка, залишеного чотирикутною алмазною пірамідкою, яка втискується у поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, докладеного до пірамідки, до площі відбитка (причому площа відбитка береться як площа частини поверхні піраміди, а не як площа квадрата); одиницею твердості служить кгс/мм². Твердість, визначена за цим методом, позначається HV.