Влияние углерода и постоянных (технологических) примесей на свойства стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Сталь является многокомпонентным сплавом, содержащим углерод и ряд постоянных или технологических примесей: Mn, Si, S, Р, О, Н, N и др., влияющих на ее свойства. Присутствие этих примесей объясняется трудностью удаления части из них при выплавке, переходом их в сталь в процессе ее раскисления или из шихты -- легированного металлического лома.
Влияние углерода. Структура стали после медленного охлаждения состоит из двух фаз -- феррита и цементита. Количество цементита в стали возрастает прямо пропорционально содержанию углерода.
Твердые и хрупкие частицы цементита повышают сопротивление деформации, но уменьшают пластичность и вязкость. Вследствие этого с увеличением в стали углерода возрастают твердость, пределы прочности и текучести и уменьшаются относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость и трещиностойкость К1с. Предел выносливости с повышением содержания углерода до 0,55--0,65 % возрастает, а при большем содержании углерода снижается.
Повышение содержания углерода облегчает переход стали в хладноломкое состояние. Каждая 0,1 % С повышает порог хладноломкости в среднем на 20°С и расширяет переходный интервал от вязкого к хрупкому состоянию.
С увеличением содержания углерода в стали снижается плотность, растет электрическое сопротивление и коэрцитивная сила и понижаются теплопроводность, остаточная индукция и магнитная проницаемость.
Влияние кремния и марганца. Содержание кремния в углеродистой, хорошо раскисленной стали в качестве примеси обычно не превышает 0,37 %, а марганца -- 0,8 %. Кремний и марганец переходят в сталь в процессе ее раскисления при выплавке. Они раскисляют сталь, т. е., соединяясь с кислородом закиси железа FeO, в виде оксидов переходят в шлак. Эти процессы раскисления улучшают свойства стали.
Кремний, остающийся после раскисления в твердом растворе (в феррите), сильно повышает предел текучести уТ. Это снижает способность стали к вытяжке и особенно к холодной высадке.
Марганец заметно повышает прочность, практически не снижая пластичности и резко уменьшая красноломкость стали, т. е. хрупкость при высоких температурах, вызванную влиянием серы.
Влияние серы. Сера является вредной примесью в стали. С железом она образует химическое соединение FeS, которое практически нерастворимо в нем в твердом состоянии, но растворимо в жидком металле. Соединение FeS образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988 °С. Эта эвтектика образуется даже при очень малом содержании серы. Кристаллизуясь из жидкости по окончании затвердевания, эвтектика преимущественно располагается по границам зерна. При нагреве стали до температуры прокатки или ковки (1000--1200 °С) эвтектика расплавляется, нарушается связь между зернами металла, вследствие чего при деформации стали в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины. Это явление носит название красноломкости (горячеломкость).
Присутствие в стали марганца, обладающего большим сродством к сере, чем железо, и образующего с серой тугоплавкое соединение MnS, практически исключает явление красноломкости. В затвердевшей стали частицы MnS располагаются в виде отдельных включений. В деформированной стали эти включения деформируются и оказываются вытянутыми в направлении прокатки.
Сернистые включения снижают ударную вязкость и пластичность в поперечном направлении вытяжки при прокатке и ковке, а также предел выносливости. В низкоуглеродных сталях при содержании серы более >0,01% порог хладноломкости снижается ("сульфидный парадокс"). Сера ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость. Содержание серы в стали строго ограничивается; в зависимости от качества стали оно не должно превышать 0,035--0,06 %.
Влияние фосфора. Фосфор является вредной примесью, и содержание его в зависимости от качества стали допускается не более 0,025--0,045 %.
Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает кристаллическую решетку и увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает пластичность и вязкость. Снижение вязкости тем значительнее, чем больше в стали углерода. Фосфор повышает порог хладноломкости стали и уменьшает работу развития трещины. Р. Каждая 0,01 % Р повышает порог хладноломкости стали на 20--25 °С.
Вредное влияние фосфора Усугубляется и тем, что он обладает большой склонностью к ликвации. Вследствие этого в серединных слоях слитка отдельные участки сильно обогащаются фосфором и имеют резко пониженную вязкость.
Влияние азота, кислорода и водорода. Азот и кислород присутствуют в стали в виде неметаллических включений, в виде твердого раствора или, находясь в свободном виде, располагаются в дефектных участках металла (раковинах, трещинах и т. д.). Примеси внедрения, концентрируясь в зернограничных объемах и образуя выделения нитридов и оксидов по границам зерен, повышают порог хладноломкости и понижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения определяют "металлургическое качество стали", они повышают анизотропию механических свойств, и, являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить, если они присутствуют в повышенных количествах или располагаются в виде скоплений, предел выносливости и вязкость разрушения К1с. Неметаллические включения могут быть причиной шиферного (древовидного) излома, охрупчивающего сталь. Очень вредным является растворенный в стали водород, который сильно охрупчивает сталь. Поглощенный при выплавке стали водород не только охрупчивает сталь, но и приводит к образованию в катаных заготовках и крупных поковках флокенов. Флокены представляют собой очень тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен -- хлопьев серебристого цвета. Флокены резко ухудшают свойства стали. Металл, имеющий флокены, нельзя использовать в промышленности.
Влияние водорода при сварке проявляется в образовании холодных трещин в наплавленном и основном металле.
Нанесение на поверхность стальных изделий гальванических покрытий или травление в кислотах для очистки ее связано с опасностью насыщения поверхности водородом, что также вызывает охрупчивание. Наводороживание и охрупчивание возможны и при работе стали в контакте с водородом, особенно при высоком давлении.
Широко применяемая в последние годы выплавка или разливка в вакууме уменьшает содержание водорода в стали.
Похожие статьи
-
Железо -- металл сероватого цвета. Атомный номер 26, атомная масса 55,85, атомный радиус 0,127 нм. Чистое железо, которое может быть получено в настоящее...
-
Хром - очень распространенный легирующий элемент. Он повышает точку А3 и понижают точку А4 (замыкает область г-железа). Температура эвтектоидного...
-
Структура сплавов - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Строение металлических сплавов зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, их образующие. Под структурой, как уже указано ранее,...
-
Диаграмма состояния железо - углерод (цементит) приведена на рис. 3. Она показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа...
-
Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы и эвтектику (рис. 39 и 40). Между линиями ликвидус и солидус в равновесии находятся...
-
Холодная и горячая деформации - Характеристика и структурные методы исследования металлов
При нагреве сопротивление металла деформации значительно снижается, т. е. уменьшается предел текучести. Для успешной обработки давлением необходимо точно...
-
Образование стабильной фазы графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого (твердого) раствора или вследствие...
-
Частицы примеси имеют ту же решетку с металлом, что дает когерентность роста. Чем больше примесей, тем больше зерен и меньше их размер. Такой рост...
-
Электроннолучевая плавка металлов Для получения особо чистых металлов и сплавов используют электроннолучевую плавку. Плавка основана на использовании...
-
Химические соединения - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Характерные особенности химических соединений: 1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение. 2. В соединении...
-
Возврат и полигонизация - Характеристика и структурные методы исследования металлов
При нагреве до сравнительно низких температур (обычно ниже (0,2--0,3) Тдл1) начинается процесс возврата, под которым понимают повышение структурного...
-
Полиморфные превращения одного или обоих компонентов сплава изменяют его структуру и свойства. Рис. 43. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых...
-
Твердые растворы - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Твердые растворы - фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других компонентов располагаются в решетке...
-
Диаграмма состояния для случая полной взаимной растворимости компонентов А и В в жидком и твердом состояниях и изменение энергии Гиббса в зависимости от...
-
Переход сплава из жидкого состояния в твердое, как и при Кристаллизации чистых металлов, протекает только при наличии некоторого переохлаждения, когда...
-
1. точечные: - вакансии (дефекты Шоттки), т. е. узлы решетки, в которых атомы отсутствуют - Межузельные атомы (дефекты Френкеля) образуются в результате...
-
Рекристаллизация - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Первичная рекристаллизация. При дальнейшем повышении температуры подвижность атомов возрастает и при достижении определенной температуры образуются новые...
-
Все металлы и металлические сплавы - тела кристаллические, атомы (ионы) расположены в металлах закономерно в отличие от аморфных тел, в которых атомы...
-
Месторождение представляет собой крупное антиклинальное подсолевое поднятие платформенного типа северо-восточного простирания. Продуктивные пласты в нем...
-
Физико-химическая характеристика нефти месторождении Тенгиз Месторождение расположено на северо-восточном побережье Каспийского моря, в 150 км к...
-
Свойства титана Титан - металл серого цвета. Он имеет две полиморфные модификации. Отличительными особенностями являются хорошие механические свойства,...
-
Диаграммы фазового равновесия - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Диаграммы фазового равновесия, или диаграммы состояния, в удобной графической форме показывают фазовый состав сплава в зависимости от температуры и...
-
Атомно-кристаллическая структура - взаимное расположение атомов (ионов), существующее в реальном кристалле. Атомы (ионы) располагаются на таком...
-
Производство стали - Разработка технологического процесса изготовления детали "зубчатое колесо"
Сущность процесса Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Содержание углерода и примесей в стали...
-
Деталь "Переходник" предназначена для присоединения электродвигателя к корпусу редуктора и защиты места соединения вала двигателя с валом редуктора, от...
-
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали (процессы AOD и VOD) . - Производство стали
Широкое распространение получают методы производства низкоуглеродистой коррозионностойкой стали вне электропечи. Метод AOD. В электропечи выплавляют...
-
Производство стали в конверторах - Полная характеристика черной металлургии
Конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы. Верхнюю часть называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, через которую жидкий чугун и...
-
Методика приготовления опытных сплавов Для приготовления опытных сплавов использовалась электрическая печь сопротивления шахтного типа мощностью 10 КВт с...
-
Производство стали в электрических печах - Полная характеристика черной металлургии
Для выплавки стали используют электрические печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получили более широкое применение в...
-
На основе диаграммы состояний "железо - цементит" и построенного графика термической обработки опишите превращения в структуре стали при нагреве,...
-
A. Изделие выполнено из низколегированной стали. Сталью называется сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода не превышает 2%. Кроме...
-
Производство стали - Полная характеристика черной металлургии
Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь - важнейший конструкционный материал для машиностроения,...
-
Основные характеристики исследуемых смазочно-охлаждающих жидкостей Объектом исследования являлись образцы смазочно-охлаждающих жидкостей трех различных...
-
Свойства масляных СОЖ условно разделяют на пять групп: физико-химические и функциональные свойства; химическая активность; эксплуатационные и...
-
Свойства меди Медь - металл красновато-розового цвета, медь менее тугоплавка, чем железо, но имеет большую плотность. Медь обладает хорошей...
-
К технологическим свойствам пластмасс относят: текучесть, влажность, время отверждения, дисперсность, усадку, таблетируемость, объемные характеристики....
-
Конструкционные цементуемые стали - Чугун и сталь
Карбидо - и нитридообразующие элементы (такие, как Cr, Mn, Mo и др.) способствуют повышению прокаливаемости, поверхностной твердости, износостойкости и...
-
На рисунке 2.7 представлена принципиальная схема системы электропривода, а также на рисунке 2.8 его структурная схема. Рисунок 2.7- Принципиальная схема...
-
Переходную характеристику по задающему воздействию строят на основании ее передаточной функции Данная характеристика представлена на рисунке 1.12...
-
Корозионностойкие стали - Чугун и сталь
Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называются коррозионно-стойкими (нержавеющими). Устойчивость стали против коррозии достигается...
Влияние углерода и постоянных (технологических) примесей на свойства стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов