6.3. Свойства сталей

Основными физическими свойствами стали являются плотность, температура плавления, коэффициент температурного расширения. Плотность стали 7,8 г/см³.

Температурой плавления называют температуру, при которой сталь из твердого состояния переходит в жидкое. Температура плавления железа 1535 °С, у железоуглеродистых сплавов она ниже.

Коэффициент температурного расширения характеризует расширение металлов при нагревании. Это свойство учитывают при проектировании металлических строительных конструкций.

Из механических свойств стали важное значение имеют предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, твердость и ударная вязкость.

Механические свойства стали определяются при испытании стандартных образцов круглого или прямоугольного сечения на разрывных машинах, имеющих записывающее устройство, которое в процессе испытания вычерчивает диаграмму растяжения (график зависимости удлинения образца А от величины приложенной нагрузки F).

Предел текучести — это напряжение, при котором наблюдается рост деформации образца без увеличения нагрузки («материал течет»).

Предел прочности — это условное напряжение, соответствующее наибольшей растягивающей силе, которую выдерживает образец до разрушения.

Относительное удлинение образца характеризует пластичность стали. Чем больше относительное удлинение, тем пластичнее сталь.

Твердость стали определяют на приборе Бринелля по отпечатку, который оставляет стальной закаленный шарик на поверхности. Измеряя диаметры отпечатков и по их соотношению, пользуясь таблицей, находят число твердости НВ.

Ударная вязкость — свойство стали противостоять динамическим нагрузкам (ударным). Механические свойства углеродистых сталей приведены в табл. 6.1.

Технологические свойства характеризуют способность стали подвергаться обработке.

6.4. Термическая обработка стали

Термическая обработка стали — это процесс нагрева и охлаждения для улучшения физико-механических свойств стали и изменения ее структуры. Основными видами термической обработки стали являются закалка, отпуск, отжиг и нормализация.

Отжиг — процесс нагрева сталей с последующим медленным охлаждением.

Отжиг осуществляют для улучшения обрабатываемости, повышения пластичности и устранения некоторых дефектов от предыдущей горячей обработки.

Закалка — процесс нагрева, а затем быстрого охлаждения после которого материал находится в неравновесном структурном состоянии, не свойственном стали при нормальной температуре (20 °С).

Закалка увеличивает твердость, прочность и износостойкость. После закалки сталь становится хрупкой.

Отпуск — финишная термическая обработка, которая заключается в нагреве закаленной стали до определенной температуры с последующим охлаждением на воздухе или в воде. После отпуска снижается хрупкость и повышается пластичность закаленной стали.

Нормализация стали является разновидностью отжига. Нормализация заключается в нагреве стали до температуры ниже температуры закалки, незначительной выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. При такой термической обработке стали повышается прочность, твердость и ударная вязкость, облегчается механическая обработка резанием.

Нормализированная сталь имеет более высокие пределы текучести и прочности по сравнению с отожженным металлом. Нормализация экономичнее отжига, так как сталь охлаждается за пределами печи.

Для увеличения прочности и твердости поверхностных слоев стальных изделий при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины производят поверхностную закалку, т.е. закалку не на полную глубину, а также цементацию, азотирование, цианирование.