ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ. Вплив домішок на механічні властивості вуглецевих сталей

Вплив домішок на механічні властивості вуглецевих сталей

Сталями називають залізовуглецеві сплави, які містять до 2,14 % вуглецю. Крім вуглецю у вуглецевій сталі завжди є кремній, марганець, сірка і фосфор, кисень, азот, водень та ін.

Вуглець – це найважливіший елемент, який обумовлює структуру і властивості сталі, її поведінку при виготовленні, обробці та експлуатації деталей.

З підвищенням концентрації вуглецю зменшується кількість м’якого фериту і зростає частка твердого та крихкого цементиту. Завдяки цьому твердість і міцність сталі зростають, відносне звуження, а також ударна в’язкість зменшується. При концентрації вуглецю більше 0,9% показники міцності (σ_в, σ_0,2) починають знижуватися. Це викликано тим, що в заевтектоїдних сталях вторинний цементит виділяється у вигляді сітки по границях зерен, що полегшує руйнування. Вуглець також знижує в’язкість руйнування сталі і підвищує поріг холодноламкості.

Марганець і кремній – це домішки, які додають у сталь для її розкислення у процесі виплавлення. Вуглецева сталь містить 0,5…0,8% марганцю. В такій кількості марганець повністю розчинюється у фериті, дещо підвищуючи міцність та пружність і практично не знижуючи пластичності сталі. Марганець також нейтралізує шкідливий вплив сірки щодо червоноламкості. Він має більшу спорідненість із сіркою, ніж залізо, і зв’язує її сполуку MnS, яка плавиться при температурі 1600⁰ С. Внаслідок цього границі зерен не оплавляються при гарячій пластичній деформації.

Концентрація кремнію у сталі залежить від ступеня її розкислення: в киплячій сталі Si ~ 0,01…0,03%, в напівспокійній – 0,03…0,17%, у спокійній – 0,17…0,37%. Кремній значно підвищує границю текучості і пружність сталі, знижуючи пластичність. Тому в сталях, які призначені для глибокого штампування і складної витяжки, наприклад, для виготовлення кузовів автомобілів і тракторів, вміст кремнію має бути мінімальним.

Сірка є шкідливою домішкою, вона не розчиняється в залізі, як інші домішки, а утворює з ним хімічну сполуку FeS (сірчисте залізо).

Сірчисте залізо із залізом утворює евтектику FeS-Fe з температурою плавлення 985⁰С. При твердінні сталі ця евтектика розміщується у вигляді легкоплавких оболонок навколо зерен. Наявність таких оболонок є причиною червоноламкості (окрихчення сталі при високих температурах) з підвищеним вмістом сірки при гарячій обробці (куванні, прокатуванні та ін.). Оболонки розплавляються, в результаті чого між зернами втрачається зв’язок і утворюються тріщини. Крім того, сірка знижує пластичність і міцність сталі, опір стиранню та корозійну стійкість.

Фосфор надає сталі холодноламкості (крихкість при звичайній і зниженій температурі). Він розчиняється у фериті і аустеніті і сильно спотворює кристалічну гратку, що призводить до підвищення порога холодноламкості. Кожна 0,01% фосфору підвищує поріг холодноламкості сталі на 20…25⁰С. При цьому значно знижується пластичність і в’язкість, зменшується робота розвитку тріщини, тобто сталь стає крихкою. Максимальний допустимий вміст фосфору в сталі 0,045%.

Поиск по сайту: