Стали и сплавы.

Основные вопросы:

1. Классификация сталей.

2. Компоненты и фазы в системе железо-углерод (Fe-C).

3. Влияние углерода и примесей на свойства сталей.

Классификация сталей.

В приборостроении РЭС(ЭВС) стали и сплавы находят широкое применение.

Стали имеют следующую классификацию:

1 группа: углеродистые стали;

2 группа: легированные стали (конструкционные стали);

3 группа: инструментальные стали;

4 группа: стали с особыми физико-механическими свойствами.

Рассмотрим первую группу – углеродистые стали (УС).

К УС относят стали с содержанием углерода до 0,5÷0,6 %. В некоторых случаях к УС относят стали с процентным содержанием углерода до 0,8÷0,85% (ГОСТ 1050-74).

Сталь – это сплав железа с углеродом. Кроме углерода в стали присутствуют различные примеси (сера, фосфор, азот, кислород и тд.).

Удельная плотность Fe:

d = 7,8

Fe можно получить с частотой 99,9999%, но для технического использования применяют железо с частотой 99,8÷99,9%.

Температура плавления железа 1539 .

Железо обладает аллотропичностью:

- получаем кристаллическую решётку типа объемно-центрированный куб;

- кристаллическая решётка типа гранецентрированный куб;

- кристаллическая решётка типа объёмно-центрированный куб.

В зависимости от температуры получаем различную растворимость углерода в железе, а следовательно получаем и различные свойства.

Температура является точкой Кюри, т.е. до этой температуры железо ферромагнитно, а выше этой температуры железо становится парамагнитным.

Фазы – это сплавы, состояния стали.

а) Жидкое состояние (расплав);

б) Сплавы типа твёрдые растворы (замещения, внедрения). Эти сплавы носят названия Аустенит и Феррит.

Феррит – это твёрдый раствор углерода в железе.

- низкотемпературный феррит;

- высокотемпературный феррит.

Аустенит – это твёрдый раствор углерода в Feγ, при этом содержание углерода в железе . Аустенит – это очень устойчивая фаза и распадается на цементит и кореллит.

в) Сплавы типа химическое соединение.

Кроме этих состояний существует механическая смесь феррита и цементита – перлит.

.

Вляиние углерода и примесей на свойства сталей

Углерод – это основной компонент стали. От количества содержания углерода зависят все физико-химические свойства сталей.

После варки сталь в основном состоит из 2 фаз:

1) феррита;

2) сплава типа химическое соединение ( Fe₃C – цементит ).

Рассмотрим влияние цементита на свойства сталей:

Рис.21

HB→Ф →80-90

Fe₃C→Ц→HRC→800-850

Влияние углерода на механические свойства:

1) зависимость твердости материала от содержание углерода (прямо пропорциональная зависимость);

Рис.22

2) влияние процентного содержания углерода на прочность материала

3) Зависимость пластичных свойств стали от процентного содержания углерода

Рис.24

В процессе выплавки обеспечивают требуемые механические свойства материала и выплавку стали с необходимым содержанием углерода.

Влияние примесей на свойства сталей.

Примеси – это химические элементы, которые переносятся из выплавляемой руды готовой стали. Основные примеси: сера, фосфор, азот кислород водород, марганец, кремний и др.

Примеси могут быть полезными (кремний, марганец) и вредными (сера, фосфор, азот, кислород, водород).

Кремний улучшает магнитные и упругие свойства сталей. Содержание кремния: Si ≈ 0,35 - 0,4%.

Марганец является полезной примесью. Он улучшает прочность, но несколько увеличивает и хрупкость сталей. Mn ≈ 0,5 – 0,8%

Влияние серы на свойства сталей.

Сера с железом образует сульфиды. Температура плавления: T_пл=988^оС.

Если рассмотреть шлиф образца стали, то можно отметить, что сульфиды располагаются по границам кристаллов. Это приводит к красноломкости стали, которая появляется при обработки сталей методами горячей ковки, штамповки, когда сталь нагревается до температуры Т>1000^оС.

При такой температуре сульфиды расплавляются и образуются микротрещина по границам кристаллов. В процессе деформации трещины увеличиваются и металл разрушается.

Допустимое содержание серы в качественной стали:

S ≤ 0,06% - 0,085%

Рис.25

Влияние фосфора на свойства сталей.

Фосфор вместе с железом образуют фосфиты FeP. Фосфиты так же располагаются по границам кристаллов. Наличие фосфитов приводит к хладноломкости стали, ее растрескиванию и разрушению. Такие стали не пригодны для обработки методом пластичного деформирования.

Влияние азота, кислорода, водорода на свойства сталей.

Кислород приводит к коррозии сталей, образуются окислы железа. В процессе выплавки водород и азот образуют в слитке сталей микропустоты – флокены. Слитки с флокенами непригодны и их возвращают на переплавку.