Влияние углерода на строение и свойства сталей

Сталями называются сплавы железа с углеродом, содержащие углерода до 2,14%.

Углерод является важнейшим элементом, определяющим как структуру, так и свойства углеродистых сталей, ее прочность и поведение при производстве деталей и их эксплуатации.

Классификация сталей по структуре. Стальная часть диаграммы состояния «железоцементит» (до 2,14% С) соответствует структуре стали в отожженном (равновесном) состоянии, т.е. после медленного охлаждения сплавов. По структуре в равновесном состоянии стали подрезделяются:

1) на доэвтектоидные, содержащие от 0,02 до 0,8% углерода. Структура этих сталей состоит из феррита и перлита (табл. 6.1, К₂);

2) эвтектоидную, содержащую 0,8% углерода. Структура этой стали состоит из перлита. Зерна перлита состоят из чередующихся пластинок феррита и цементита (табл. 6.1, К₃);

3) заэвтектоидные, содержащие от 0,8 до 2,14% углерода. Структура этих сталей состоит из перлита и вторичного цементита (табл. 6.1, К₄).

Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода до 0,02%, называются техническим железом. Структура их состоит из феррита и небольшого

количества третичного цементита (табл. 6.1, К₁).

Таблица 6.1

Процессы и микроструктуры железоуглеродистых сплавов при охлаждении

Сплав	Процессы, происходящие при охлаждении сплава	Конечная микроструктура
К1 С0,02% техническое железо, х 1000	12 Охлаждение жидкого сплава 23 Выделение из жидкого сплава кристаллов аустенита: ЖА (перитектическое превращение условно не учитывается) 34 Охлаждение аустенита 45 Превращение аустенита в феррит: АФ 56 Охлаждение феррита 67 Выделение из феррита третичного цементита: Ф+ЦIII
К2 С=0,02…0,8% доэвтектоидная сталь, х500	12 Охлаждение жидкого сплава 23 Кристаллизация жидкого сплава с образованием аустенита: ЖА 34 Охлаждение аустенита 45 Выделение из аустенита кристаллов феррита: АФ 5 Эвтектоидное превращение: А0,8% С  П0,8% С (Ф0,02% С + Ц6,67% С) 56 Выделение из феррита третичного цементита: Ф+ЦIII

Окончание табл. 6.1

Сплав	Процессы, происходящие при охлаждении сплава	Конечная микроструктура
К3 С=0,8% эвтектоидная сталь, х500	12 Охлаждение жидкого сплава 23 Кристаллизация жидкого сплава с образованием аустенита: ЖА 34 Охлаждение аустенита 4 Эвтектоидное превращение: А0,8% С  П0,8% С (Ф0,02% С + Ц6,67% С) 45 Выделение из феррита третичного цементита: Ф+ЦIII
К4 С=0,8…2,14% заэвтектоидная сталь, х500	12 Охлаждение жидкого сплава 23 Кристаллизация жидкого сплава с образованием аустенита: ЖА 34 Охлаждение аустенита 45 Выделение из аустенита кристаллов вторичного цементита: А+ЦII 5 Эвтектоидное превращение: А0,8% С  П0,8% С (Ф0,02% С + Ц6,67% С) 56 Выделение из феррита третичного цементита: Ф+ЦIII

Классификация сталей по содержанию углерода. Чем больше углерода в стали (до 0,9% С), тем выше твердость, прочность, но ниже пластичность. По содержанию углерода стали подразделяют:

1) на низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,2% (08кп, 10, 15, 20). Они обладают высокой пластичностью и использу-­ ются для деталей сложной формы, штампуемых из листа, а также для сварных конструкций. Стали марок 10, 15, 20 применяют для из­- готовления цементуемых деталей;

2) среднеуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,2 до 0,65%. Их используют в термообработанном состоянии для изготовления осей, валов, плунжеров, муфт, бандажей и дру­гих аналогичных деталей.

Стали марок 55, 60 с содержанием углерода 0,5...0,6% при­меняют для изготовления пружин и пружинных деталей (закалка и средний отпуск);

3) высокоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,7% и более (У7, У8, У10, У12) термически обра­батывают на высокую прочность и твердость (закалка и низкий от­пуск) и применяют для мерительного и режущего инструментов.