| » Статистика |
Онлайн всього: 1 Гостей: 1 Користувачів: 0 |
|
Вуглецеві сталі
|
| 18.12.2013, 21:44 |
Вуглецеві сталі
Вуглецеві сталі – це багатокомпонентні сплави заліза з вуглецем, марганцем, кремнієм, фосфором, сіркою та іншими компонентами.
Вплив постійних домішок на властивості сталі
Вуглець у сталях перебуває в складі фериту і цементиту. Ферит має невисоку міцність, малу твердість і добру пластичність, але зі збільшенням кількості вуглецю частка фериту у сталі поступово зменшується, а частка високотвердого і малопластичного цементиту зростає. Така зміна у співвідношенні фаз фериту й цементиту збільшує міцність та твердість і зменшує її пластичність та ударну в'язкість. Міцність зростає доти, поки частка вуглецю не досягне 0,8...0,9 %. Подальше збільшення вуглецю спричинює зменшення міцності, що призводить до руйнування під час навантаження крихкої сітки вторинного цементиту навколо перлітних зерен.
Поруч з механічними властивостями змінюються також і властивості технологічні. Зокрема з ростом кількості вуглецю в сталі її зварюваність і оброблюваність різанням погіршуються. Сталі добре зварюються, якщо кількість вуглецю в них не перевищує 0,25 %.
Марганець, як відомо, використовують в металургії з метою дезоксидації та десульфідизації рідкого металу. При цьому частина марганцю у вигляді МnО і МnS потрапляє в шлак, який згодом зливають, а інша — залишається в металі у складі фериту i цементиту. Розчинений у фериті марганець спотворює кристалічну решітку, внаслідок чого помітно підвищується міцність сталі, хоч пластичність змінюється мало.
Кремній застосовують для дезоксидації. Він утворює з феритом твердий розчин, спотворена гратка якого збільшує міцність і знижує пластичність сталі.
Фосфор розчиняється у фериті і хоч підвищує міцність, проте зменшує пластичність та ударну в'язкість сталі. Спад ударної в'язкості стає причиною холодноламкості, тобто схильності сталі до крихкого руйнування при низьких температурах.
Сірка не розчиняється в залізі, входить до складу хімічної сполуки FeS. Низька температура плавлення сполуки спричинює червоноламкість — схиль-ність сталі до крихкого руйнування під час гарячої обробки тиском. Тому сталь з підвищеною концентрацією сірки не рекомендують для гарячої обробки тиском. Сірка, як і фосфор, є шкідливою домішкою.
Негативний вплив сірки істотно пом'якшує марганець, оскільки він утворює хімічну сполуку МnS з температурою плавлення 1620 °С. В межах температур гарячої обробки тиском (800...1200 °С) МnS пластичний і не сприяє крихкому руйнуванню, але сульфіди марганцю при нормальній температурі можуть стати центрами зародження тріщин під повторно-змінними навантаженнями.
Кисень, азот і водень у сталях можуть перебувати у складі оксидів і нітридів, у твердому розчині ?-заліза та у газоподібному стані в мікропорож-нинах. Неметалеві вкраплення знижують ударну в'язкість і втомну міцність.
Розчинність кисню, азоту та водню в ?-залізі незначна й істотно зменшується зі зниженням температури. Це призводить до виділення в пограничних зонах оксидів чи нітридів. Що стосується водню, то він не утворює із залізом хімічних сполук і може протягом тривалого часу поступово виділятись зі сталі. Як наслідок — окремі властивості сталі поліпшуються. Якщо водню багато, то він утворює в мікропорожнинах високий тиск, що призводить до виникнення внутрішніх тріщин — флокенів. Флокени трапляються в усіх сталях, однак їх найбільше в сталях, що містять хром. Що більша міцність сталі, то флокени небезпечніші. Шкідливий вплив газів можна зменшити, дегазуючи рідкий метал перед розливанням.
Класифікація вуглецевих сталей
Вуглецеві сталі класифікують за структурою, способом виробництва, ступенем дезоксидації, якістю та призначенням.
За структурою вуглецеві сталі поділяють на доевтектоїдні, евтектоїдні, та заевтектоїдні.
За способом виробництва розрізняють сталі, виплавлені в кисневих конвертерах, в електропечах і в мартенівських печах.
Залежно від ступеня дезоксидації сталі поділяють на спокійні, напівспокійні й киплячі. Всі вони за однакової масової частки вуглецю мало відрізняються статичною міцністю, проте мають різні пластичні властивості, зумовлені неоднаковою масовою часткою кремнію, яка найбільша в спокійній сталі (0,15...0,30 %) і найменша в киплячій (до 0,05 %). Через найменшу кількість кремнію, розчиненого у фериті, кипляча сталь найпластичніша.
За якістю розрізняють сталі звичайної якості, якісні та високоякісні. Критерієм якості сталей є масові частки шкідливих домішок — фосфору і сірки.
Відповідно до призначення сталі поділяють на конструкційні з масовою часткою вуглецю до 0,65 % та інструментальні з масовою часткою вуглецю в межах від 0,65 до 1,35 %. Конструкційні сталі використовують для виготовлення деталей машин, металевих конструкцій та будівельних споруд. З інструментальних сталей виробляють різальні, вимірювальні інструменти та штампи.
Сталі вуглецеві конструкційні звичайної якості
Вуглецеві сталі звичайної якості є найдешевшими серед сталей. Вони мають підвищену масову кількість фосфору (до 0,07 %) і сірки (до 0,06 %). Марки цих сталей позначають літерами и цифрами. Літери Ст означають „сталь", цифри - умовний номер марки (від 0 до 6) залежно від хімічного складу, літери кп, пс, сп - ступінь дезоксидації (кп - кипляча, пс – напів-спокійна, сп - спокійна). Хімічний склад можна визначити з довідників.
При підвищеному вмісті в сталі марганцю в марці після цифри записують літеру Г, наприклад Ст3Гсп.
Якщо для виплавлення сталей звичайної якості використовують значну кількість скрапу, то в їхньому складі допускається масова частка міді до 0,40%, хрому та нікелю – до 0,35%.
Сталі звичайної якості постачають замовникам у вигляді листів та прокатаних напівфабрикатів стандартного профілю. Ці профілі й листи попередньо розрізують до заданих розмірів, після чого з них виготовляють різні металоконструкції або прості заготовки, призначені переважно для малонавантажених деталей. Заготовки складнішої форми отримують куванням або штампуванням.
Застосовуючи термічну обробку (в тому числі й зміцнювальну), можна змінювати в певних межах структуру та властивості сталей звичайної якості.
Сталі конструкційні вуглецеві якісні
Сталі конструкційні вуглецеві якісні відрізняються від сталей звичайної якості меншою масовою часткою фосфору (не більше ніж 0,035 %), сірки (не більше ніж 0,040 %), а також меншими частками неметалевих вкраплень і газів. Металургійний завод, що виплавляє ці сталі, гарантує не лише хімічний склад, але й механічні властивості.
Марки конструкційних вуглецевих якісних сталей позначають двозначними числами (що означають середню масову частку вуглецю у сотих частках відсотка) і літерами кп (кипляча сталь) або пс (напівспокійна). Спокійні сталі маркують без індексу сп. Наприклад, сталь 45 — спокійна; вона має в середньому 0,45 % вуглецю.
Зі збільшенням у сталі кількості вуглецю від 0,08 до 0,60 % її міцність ?в у нормалізованому стані зростає від 320 до 680 МПа, а відносне видовження ? зменшується від 33 до 12 %. Із маломіцних сталей марок 05, 08, 10 завдяки високій пластичності виготовляють вироби холодним штампуванням, Зі сталей марок 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 виготовляють різноманітні деталі (в тому числі і відповідальні), що вимагають нормалізації або поверхневого гартування.
Недоліком вуглецевих сталей є мала прогартовуваність.
Різновидністю конструкційних вуглецевих сталей є автоматні сталі, які використовуються для виготовлення малонавантажених деталей на верстатах-автоматах. Ці сталі мають підвищену оброблюваність, для чого часто підвищують вміст сірки (до 0,3%), фосфору (до 0,15%) і марганцю (0,70 – 1,55%). Такі сталі маркують літерою А та цифрами, які показують середній вміст вуглецю (А12, А20). Якщо сталь призначена для виготовлення виливків, то в кінці її марки записують літеру Л (25Л, 45Л), а у марках якісних сталей, призначених для виготовлення котлів, що працюють під тиском, після двохзначного числа пишуть літеру К (12К, 22К).
Сталі вуглецеві інструментальні
Сталі інструментальні нелеговані (вуглецеві) бувають якісні і високоякісні. Масова частка шкідливих домішок у якісних сталях не більше ніж 0,030 % фосфору й не більше ніж 0,028% сірки, а у високоякісних сталях - не більше ніж 0,025 % фосфору й не більше ніж 0,018% сірки.
Марки інструментальних вуглецевих сталей позначають літерою У (вуглецева) і числами, що означають масову частку вуглецю у десятих долях відсотка (У7, У12). В сталі У7 маємо в середньому 0,7 % вуглецю, а в сталі У12 — 1,2 %. За підвищеної кількості марганцю у сталі після числа дописують літеру Г (У8Г). Високоякісні сталі позначають літерою А (У8А, У12А).
Інструменти для різання металів працюють в умовах високого тиску, температури й тертя. Щоб ефективно їм протистояти, ці матеріали повинні мати високу твердість, зносостійкість, теплостійкість і міцність.
|
|
Категорія: Мої файли | Додав: Margo
|
| Переглядів: 1212 | Завантажень: 0
| Рейтинг: 5.0/2 |
|
|
|
