Структура и свойства углеродистой стали в равновесном состоянии

Феррит - твердый раствор углерода в альфа-железе (Cmax=0,02%).

Аустенит - твердый раствор углерода в гамма-железе. Обладает высокой пластичностью и низкой прочностью (Cmax=2,14%).

Цементит - химическое соединение железа с углеродом Fe3C - карбид железа. Высокая твердость, низкая пластичность (Cmax=6,67%).

Перлит - эвтектоидная смесь феррита и цементита.

Ледебурит - механическая смесь аустенита и цементита.

Мартенсит - пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в альфа-железе.

Углерод сдвигает порог хладноломкости стали в сторону более высоких температур. С увеличением содержания углерода выше 0,9% уменьшаются плотность, теплопроводность и магнитная проницаемость, растут электросопротивление и коэрцитивная сила.

Содержание марганца в углеродистой стали не превышает 0,8%. Он преимущественно сосредоточен в феррите, цементите, а также в виде отдельных включений MnS. Повышает прочность стали, особенно после горячей обработки давлением.

Кремний (обычно 0,3-0,5%) находится в альфа-твердом растворе, обеспечивая заметное его упрочнение.

Фосфор относится к числу вредных примесей в стали, так как, растворяясь в феррите, он резко повышает температуру перехода в хрупкое состояние, т.е. усиливает хладноломкость стали. Его концентрация не должна превышать 0,05%. Однако в некоторых случаях для повышения обрабатываемость допускается увеличение содержания фосфора в стали до 0,1%.

Сера также является вредной примесью в стали. Она практически нерастворима в железе и находится в стали в виде соединения FeS. Сульфид железа образует с железом легкоплавкую эвтектику (с температурой плавления 988°С), которая вызывает образование надрывов и трещин в стальных заготовках при прокатке или ковке в интервале температур 1000-1150°С. Это явление называют красноломкостью.

Сера способствует усилению структурной неоднородности горячедеформированной стали, тем самым заметно снижает пластичность и вязкость стали в поперечном направлении (по отношению к направлению преимущественной деформации), ухудшает ее свариваемость и коррозионную стойкость. Содержание серы в сталях не должно превышать 0,06%.

Водород, кислород и азот могут находиться в стали в альфа-твердом растворе по типу внедрения (растворимость при комнатной температуре очень мала), в виде хрупких

включений (например окислов FеО , SiO2, нитридов Fe4N и др.), а текже в газообразном состоянии в различных несплошностях. Во всех случаях перечисленные элементы способствуют понижению пластичности и вязкости стали. Поглощенный при выплавке стали водород может привести к образованию в горячедеформированных заготовках харатерных трещин овальной формы, имеющих в изломе вид пятен - хлопьев серебристого цвета. Эти дефекты называют флокенами. Водород также ухудшает свариваемость, вызывая образование холодных трещин в наплавленном и основном металле.

В зависимости от содержания углерода стали подразделяют на низкоуглеродистые (≤0,3%), среднеуглеродистые (0,3-0,7%) и высокоуглеродистые (> 0,7%). В соответствии с изменением содержания углерода изменяется и структура сталей в равновесном состоянии. По этому признаку они делятся на доэвтектоидные, имеющие ферритно-перлитную структуру; эвтектоидные - со структурой перлита; заэвтектоидные, состоящие перлита и цементита вторичного.

По характеру раскисления стали делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием, что обеспечивает наиболее удаление кислорода. Остаточное содержание кремния в такой стали составляет 0,14-0,30%.

Кипящие стали раскисляот только марганцем, и находящийся в расплаве кислород частично взаимодействует с углеродом. Выделяющиеся при этом пузыри СО создают видимость кипения стали. Остаточное содержание кислорода в кипящей стали выше, поэтому она уступает по качеству спокойной стали. Достоинствами кипящих сталей является то, что их производят практически без кремния ( Si < 0,07%). Кроме того, они обеспечивают более высокий выход годного металла, так как слитки не имеют концентрированной усадочной раковины.

Полуспокойные стали по степени раскисления марганцем и алюминием и по свойствам занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

Качество стали определяется содержанием вредных примесей, однородностью химического состава и структуры, т.е. совокупностью характеристик, зависящих от металлургического процесса ее производства. По этому признаку

углеродистые стали делятся на стали обыкновенного качества (S 0,055%

и Р«0,045%), качественные ( S ≤ 0,04% и Р ≤ 0,035%) и высококачественные ( S ≤ 0,025%; P ≤ 0,025%).

Маркировка стали.

Экспериментальное построение диаграммы состояния и исследование структуры сплавов системы Рb-Sb

Сущность термического анализа заключается в определении критических точек металлов и сплавов. Прибором, с помощью которого осуществляется термический анализ, является термоэлектрический пирометр.

Существуют простой термический анализ и дифференциальный.

Ликвидус - линия на диаграмме, которая показывает температуры начала затвердевания сплавов данной системы.

Солидус - линия, которая соответствует температуре конца затвердевания

сплавов, ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.

Эвтектика - механическая смесь кристаллов, образующаяся в результате кристаллизации.

Сплав 13 % Sb и 87 % РЬ является эвтектическим.