Качество стали
1. Качество стали определяется содержанием вредных примесей..
Основные вредные примеси - это сера и фосфор. Так же к вредным примесям
относятся газы ( азот, кислород, водород ).
Сера - вредная примесь - попадает в сталь главным образом с исход- ным сырьём -
чугуном. сера нерастворима в железе, она образует с ним соединение FeS - сульфид железа. при взаимодействием с
железом образу- ется эвтектика ( Fe + FeS ) с температурой плавения 9880
С. Поэтому при нагреве стальных заготовок для пластической деормации выше 9000
С ста- ль становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовка
разрушается.
Это явление называется красноломкостью. Одним из способов
уменьшения
влияния серы является введение марганца. Соединение Mns
плавится
при 16200 С, эти включения пластичны и не вызывают краснолом- кости.
Содержание серы в сталях допускается не более 0.06%.
Фосфор попадает в сталь главным образом также с исходным чугуном,
используемым
также для выплавки стали. До 1.2% фосфор растворяется в
феррите,
уменьшая его пластичность. Фосфор обладает большой склоннос-
тью к
ликвации, поэтому даже при незначительном среднем количестве
фосфора
в отливке всегда могут образоваться участки, богатые фосфором.
Расположенный
вблизи границ фосфор повышает температуру перехода в
хрупкое
состояние ( хладноломкость ). Поэтому фосфор, как и сера, явля- ется вредной
примесью, содержание его в углеродистой стали допускается до 0.050%.
Скрытые примеси:
Так
называют присутствующие в стали газы - азот, кислород, водород - ввиду
сложности определения их количества. Газы попадают в сталь при её выплавки. В
твёрдой стали они могут присутствовать, либо растворяясь в феррите, либо
образуя химическое соединение (нитриды, оксиды ). Газы могут находиться и в
свободном состоянии в различных несплошностях.
Даже
в очень малых количествах азот, кислород и водород сильно ухудшают пластические
свойства стали. Содержание их в стали допускается
10-2
- 10-4 %. В результате вакуумирования стали их содержание уменьшает-
ся, свойства улучшаются.
Углеродистые
инструментальные стали бывают двух видов: качественные
и
высококачественные.
“ У “
( углеродистая ); следующая за ней цифра ( У7, У8, У10 и т.д ) пока- зывает
среднее содержание углерода в десятых долях процента.
Высококкачественные стали дополнительно маркируются буквой “ А “ в конце ( У10А
).
Инструментальные углеродистые стали:
Обладают
высокой твёрдостью ( 60-65 HRC ), прочностью и износостой-
костью и применяются для изготовления различного инструмента.
Углеродистые инструментальные стали У8 (У8А), У10 (У10А), У11 (У11А),
У12
(У12А) и У13 (У13А) вследствие малой устойчивости переохлажденного
аустенита
имеют небольшую прокаливоемость, и поэтому эти стали приме- няют для
инструментов небольших размеров.
Для
режущего инстумента ( фрезы, зенкеры, свёрла, спиральные пилы, ша- беры,
ножовки ручные, напильники, бритвы, острый хирургический инстру- мент и т.д )
обычно применяют заэвтектоидные стали ( У10, У11, У12 и У13 ),
у
которых после термической обработки структура - мартенсит и карбиды.
Деревообрабатывающий
инструмент, зубила, кернеры, бородки, отвёртки,
топоры
изготовляют из сталей У7 и У8, имеющих после термической обра- ботки
трооститную структуру.
Углеродистые стали в исходном (отожжённом) состоянии имеют струк- туру
зернистого перлита, низкую твердость ( HB
170-180 ) и хорошо обраба-
тываются
резанием. Температура закалки углеродистых инструментальных сталей У10-У13
должна быть 760-780 0 С, т.е несколько выше Ас1 , но ниже
Аст
для того, чтобы в результате закалки стали получали мартенситную структуру и
сохраняли мелкое зерно и нерастворбнные частицы вторичного
цементита.
Закалку проводят в воде или водных растворах солей. Мелкий инструмент из сталей
У10-У12 для уиеньшения деформаций охлаждают в го-
рячих
средах ( ступенчатая закалка ).
Отпуск проводят при 150-1700 С для сохранения высокой твёрдости
(
62-63 HRC ).
Углеродистые стали можно использовать в качестве режущето инстру- мента только
для резанья материалов с малой скоростью, так как их высо-
кая
твёрдость сильно снижается при нагреве выше 190-200 0 С.
2.
Диаграмма состояния железо-карбид железа.
Стали, содержащие от 0,8 до 2.14 % С, называют заэвтектоидными.
В
начале нагревания заэвтектоидный сплав имеет структуру перлита и
вторичного
цементита.
При
повышении температуры до 7270 С сплав просто нагревается. В т.1
происходит эвтектоидное превращение, перлит превращается в аустенит. От точки 1
до точки 2 сплавы имеют структуру аустенит + вторичный цемен- тит. По мере
приближения к точки 2 концентрация углерода в аустените увеличивается согласно
линии SE.
При
температурах, соответствующих линии SE
( т.2 ), аустенит оказывается насыщенным углеродом, и при повышении температуры
сплав имеет струк- туру только аустенита. До точки 3 в сплаве не происходит
никаких измене- ний, просто увиличивается температура.
При
повышении температуры в точки 3 твёрдый аустенит начинает плави- ться.
Структура становится жидкость+аустенит. До точки 4 сплав продол- жает
плавиться.
В
точке 4 под влиянием высокой температуры весь аустенит расплавля- ется.
Структура становится - жидкость.
3.
При нагреве выше температуры 7270 С число зародышей всегда достато-
чно велико и начальное зарно аустенита мелкое. Чем выше скорость нагре- ва, тем
меньше зерно аустенита, так как скорость образования зародышей выше, чем
скорость их роста.
При дальнейшем повышении температуры или увеличении длительности
выдержки
при данной температуре происходит собирательная рекристал- лизация и зерно
увеличиается. Рост зерна, образовавшегося при нагреве до
данной
температуры, етественно, не изменяется при последующим охлажде- нии
Способность зерна аустенита к росту зерна неодинакова даже у сталей одного
марочного состава вследствие влияния условий их выплавки.
По
склонности к росту зерна разлиают два предельных типа сталей:
наследственно
мелкозернистые и наследственно крупнозернистые.
В
наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких темпера- тур (
1000-10500 С ) зерно увеличивается незначительно, однако при более
высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В наследственно крупнозер- нистой
стали, наоборот, сильный рост зерна наблюдается даже при незна- чительном перегреве
выше 7270 С. Различная склонность к росту зерна оп- ределяется
условиями раскисления стали и её составом.
Легирующие элементы, особенно карбидообразующие ( нитридообразую- щие )
задержиают рост зерна аустенита. Наиболее сильно действуют Ti,
V, Nb, Zr,
Al, и N, образующие трудно растворимые в
аустените карбиды
(
нитриды ), которые служат барьером для роста зерна. Чем больше объ- ёмная доля
карбидов ( нитридов ) и выше их дисперстность ( меньше размер ), тем мельче
зерно аустенита. Одновременно нерастворимые кар- биды ( натриды ) оказывают
зародышное влияние на образование новых зёрен аустенита, что также приводит к
получению более мелкого зерна. Марганец и фосфор способствуют росту зерна
аустенита.
Все
методы, вызывающие измельчение зерна аустенита, - микролегирование ( V, Ti,
Nb и др.), высокие скорости нагрева
и др. - повышают конструкцион- ную прочность стали.
Крупное зерно стремятся получить только в электротехнических ( транс-
форматорных ) сталях, чтобы улучшить их магнитные свойства.
.