По структуре сталь классифицируют:

• Малоуглеродистые сплавы, с содержанием углерода до 0,02% называются техническим железом. Структура — чистый феррит;

• Доэвтектоидная сталь, структура Ф + П, 0,02%<C<0,8%;

• Эвтектоидная сталь, структура 100% П, С=0,8%;

• Заэвтектоидная сталь (инструментальная), структура П + Ц, 0,8<C<2,14%.

Чем больше углерода, тем сплав более хрупкий.

С ростом содержания углерода увеличивается твёрдость и прочность и уменьшается вязкость и пластичность стали. Рост прочности происходит до 0,8–1,0 % углерода. При увеличении содержания углерода более 0,8 % уменьшается не только пластичность, но и прочность.

С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а также способность деформироваться в горячем и особенно в холодном состоянии.

Применение:

Низкоуглеродистые стали применяются для изготовления шайб, заклёпок, крышек, болтов, фланцев, вилок, муфт, втулок, косынок, штуцера теплообменных аппаратов.

Износостойкие цементируемые стали применяются для изготовления червячных, шлицевых и распределительных валов, зубчатых колес, втулок, шпилек, осей, вал-шестерен, валов редукторов.

Углеродистые стали применяются для изготовления болтов и гаек.

Стали с добавками титана применяются для изготовления зубчатых колес коробок передач, червячных валов, зубчатых венцов, осей, тяжело нагруженных зубчатых колес, трансмиссий транспортных машин.

3. Зависимость свойств стали от химического состава.

Углерод — элемент, с увеличением содержания которого в стали увеличивается её твёрдость и прочность, при этом уменьшается пластичность.

Кремний и марганец присутствуют в стали в количестве 0,35…0,4% и 0,5…0,8%. Кремний повышает предел текучести и снижает способность стали к холодной деформации. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, но уменьшает красноломкость. Кремний и марганец примеси постоянные и технологически неизбежные.

Сера вызывает появление трещин. При большем содержании серы сталь становится кросноломкой, т.е. хрупкой при повышенных температурах (≈ 800 ºС). Сера, кроме того, снижает ударную вязкость и предел выносливости, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость. Содержание серы ограничивается до 0,035…0,06%.

Фосфор растворяется в феррите, искажая его кристаллическую решётку, повышает временное сопротивление и предел текучести стали, а пластичность и вязкость уменьшает. При большем содержании вызывает хладноломкость стали, т.е. повышенную хрупкость при низких, а особенно, при отрицательных температурах. Содержание от 0,025 до 0,07%.

Азот и кислород повышают порог хладноломкости, уменьшают ударную вязкость и предел выносливости стали.

Особенно вреден водород. Он не только делает её более хрупкой, но и приводит к образованию в катаных заготовках и поковках тонких трещин – флокенов. Металл, имеющий флокены, нельзя использовать в промышленности.

Кроме этих элементов могут встречаться и другие, но это будут природнолегированные стали.

4. Влияние структуры на свойства стали.

Величина зёрен оказывает существенное влияние на механические свойства стали (чем мельче зёрна, тем выше качество стали).

На свойства стали, кроме зернистости, существенное влияние оказывают однородность аустенита, содержание С и легирующих примесей, дисперсность структуры, старение и др.

На механические характеристики стали влияют изменение содержания углерода, легирование, диспергирование структурных составляющих, измельчение зерна, наклёп. Упрочнение обычно ведёт к уменьшению вязкости и пластичности.

Углерод — элемент, с увеличением содержания которого в стали увеличивается её твёрдость и прочность, при этом уменьшается пластичность. Также углерод ухудшает свариваемость.

Сплавы на основе феррита обладают мягкой и пластичной микроструктурой. Прочность и твёрдость аустенита в 2,5-3 больше феррита.

Цементит придаёт стали твёрдость. Перлит имеет повышенную прочность и твёрдость по сравнению с ферритом. Поэтому доэвтектоидные стали гораздо более пластичны, чем заэвтектоидные.

Кремний повышает прочность стали, но ухудшает её свариваемость и стойкость против коррозии.

Алюминий входит в сталь в виде твёрдого раствора феррита и в виде различных нитридов и карбидов, хорошо раскисляет сталь, нейтрализует вредное влияние фосфора, повышает ударную вязкость.

Марганец растворяется как в феррите, так и в цементите; образует тугоплавкие карбиды, что приводит к повышению прочности и вязкости стали.

Медь несколько повышает прочность стали и увеличивает стойкость её против коррозии. Избыточное её содержание (более 0,7%) способствует старению стали.

Азот в несвязанном состоянии способствует старению стали и делает её хрупкой, особенно при низких температурах.