примеси. Влияние примесей на свойства сталей. Влияние С, Mn, Si, P, s на свойства углеродистых сталей
 Скачать 270.69 Kb.
|
|
Влияние С, Mn, Si, P, S на свойства углеродистых сталей. Сталь - сложный по составу железоуглеродистый сплав. Кроме железа и углерода - основных компонентов, а также возможных легирующих элементов, сталь содержит некоторое количество постоянных и случайных примесей, влияющих на ее свойства. Углерод оказывает сильное влияние на свойства стали. С его увеличением повышаются твердость и прочность стали, снижается пластичность и вязкость. Временное сопротивление σ в достигает максимального значения при содержании углерода приблизительно 0,9%. Структура углеродистых сталей может быть феррито-перлитной (до 0,8% С), перлитной (0,8%) С) и перлито-цементитной (свыше 0,8% С). Твердость цементита (HВ 800), на порядок больше твердости феррита (HВ 80). Твердые частицы цементита повышают сопротивление деформации, уменьшая пластичность и вязкость. Таким образом с увеличением в стали содержания углерода возрастают твердость, предел прочности и уменьшаются ударная вязкость, относительные удлинение и сужение (рисунок 1). Рисунок 1 – Влияние углерода на механические свойства стали Марганец и кремний вводят в сталь для ее раскисления в процессе плавки. Кремний сильно повышает предел текучести стали σ 0,2 , что снижает способность стали к вытяжке. Поэтому в сталях, предназначенных для холодной штамповки, содержание кремния должно быть наименьшим. Марганецповышает прочность стали, не снижая пластичности, и резко уменьшает хрупкость при высоких температурах (красноломкость). Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы. Сера попадает в чугун, а затем и в сталь. Она не растворима в железе и образует с ним сульфид железа FeS, который в виде эвтектики Fe–FeS располагается по границам зерен и имеет температуру плавления 988 °С. При нагревании свыше 800 °С сульфиды делают сталь хрупкой, и она может разрушится при горячей пластической деформации. Это явление называется красноломкостью, так как резкое снижение пластичности происходит в районе температур красного каления. Марганец, соединяясь с серой, образует сульфид марганца MnS (FeS + Mn → MnS + Fe), у которого температура плавления 1620 °С. При температуре горячей обработки (800–1200 °С) сульфид марганца не плавится, пластичен и под действием внешних сил вытягивается в направлении деформации. Вытянутая форма включений сульфида марганца увеличивает анизотропию свойств и снижает пластичность и вязкость стали примерно в 2 раза поперек прокатки, но не влияет на свойства в направлении вдоль прокатки. Для улучшения формы сульфидных включений жидкую сталь обрабатывают (модифицируют) силикокальцием или редкоземельными элементами (Се, La, Nd). Эти модификаторы образуют с серой компактные округлые соединения, которые сохраняют свою форму при деформации, вследствие чего уменьшается анизотропия свойств. Сера является нежелательным элементом и ее содержание в стали строго ограничивают. Она оказывает благоприятное влияние только в том случае, когда требуется хорошая обрабатываемость стали при резании. Фосфор попадает в сталь на стадии металлургического передела. Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает и уплотняет его кристаллическую решетку, увеличивая склонность сплава к ликвации. При этом увеличиваются пределы прочности и текучести, сплава, но уменьшаются его пластичность и вязкость. Фосфор резко повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние. Это явление называется хладноломкостью. Газы (азот, водород, кислород) частично растворены в стали и присутствуют в виде хрупких неметаллических включений - оксидов и нитридов. Примеси, концентрируясь по границам зерен в виде нитридов и оксидов, повышают порог хладноломкости, понижают предел выносливости и сопротивление хрупкому разрушению. Так, хрупкие оксиды при горячей обработке стали давлением не деформируются, а крошатся и разрыхляют металл. Влияние растворенного в стали водорода проявляется в охрупчивании стали. Поглощенный при выплавке стали водород, кроме того, приводит к образованию в крупных поковках флокенов - очень тонких трещин овальной или округлой формы. Флокены резко ухудшают свойства и недопустимы в стали, предназначенной для изготовления ответственных деталей. |