8.Примеси в сталях и их влияние на свойства

Углерод в стали находится в виде химического соединения-Fe₃C (цементита), а также в виде твердого раствора — углерода Fe_αC (феррита).

С увеличением содержания углерода твердость и прочность стали увеличиваются, а пластичность и ударная вязкость понижаются.

В углеродистых сталях обычно содержится 0,10—0,35% Si и 0,3—0,8% Mn. Их присутствие благоприятно сказывается на качестве стали: с увеличением их процентного содержания увеличиваются упругие свойства стали, сопротивление коррозии, твердость, а также улучшаются магнитные свойства.

Фосфор и сера являются неизбежными вредными примесями. Сера находится в стали в виде соединения FeS. Присутствие серы способствует красноломкости стали, т. е. способности к образованию трещин при высоких температурах, понижению сопротивления усталости, уменьшению сопротивления коррозии.

Фосфор находится в стали в виде соединения Fe₃P. Кристаллы этого химического соединения обычно располагаются по границам зерен стали, ослабляя связь между ними и, тем самым, придавая стали хрупкость в холодном состоянии (хладноломкость).

Углеродистая сталь по химическому составу подразделяется на три группы:

низкоуглеродистая, содержащая до 0,25% С;

среднеуглеродистая, содержащая 0,25—0,60% С;

высокоуглероднстая, содержащая 0,6—2,0% С.

Низкоуглеродистая и среднеуглеродистая стали употребляются как конструкционная и применяются для изготовления различных деталей машин (винты, болты, зубчатые колеса, оси и т. д.). Высокоуглеродистая сталь употребляется как инструментальная сталь и применяется для изготовления резцов, сверл, фрез и т. д.

Сталь по способу изготовления подразделяется на следующие виды:

обычного качества (изготовляется конверторным способом);

качественная (выплавляется конверторным способом и в мартеновских печах);

высокого качества (может выплавляться как в мартеновских, так и электрических печах).

Чем меньше в стали будет вредных примесей (серы и фосфора), тем выше качество стали.

9)Легированные стали и их свойства.

Стали, в которые вводят легирующие элементы (Cu, Al, Si, Ti, V, Cr, Nb, W, Mo, Ni, Mu, Co и др.) называются легированными. Легирование повышает коррозионную стойкость в условиях низких и высоких температур и давлений, повышают прочность, твердость, износостойкость и др.

Cu, Si, Cr, Mo, Ni – коррозионную стойкость;

Si, Cr, Mo, W, Mn, Ni – твердость и прочность;

Cr, Mn, Ni – вязкость;

Cr, Mn, Ni – сопротивление истиранию.

Преимущества легированных сталей особенно полно проявляется после термической обработки.

Углеродистые стали

1)По содержанию углерода

С<=0.24% - малоуглеродистые

0,24%<=C<=0.5%-cреднеуглеродистая

С=>0,5%-высокоуглеродистые

2)По структурре

Доэвтэктоидная

Чистое железо

Эвтектоидная

Заэвтектоидная

10)Рельсовая сталь

Рельсы для железнодорожного транспорта изготавливаются из углеродистой стали. Качество рельсовой стали определяется её химическим составом, микроструктурой и макроструктурой.

Углерод повышает твёрдость и износостойкость стали. Однако большое содержание углерода, при прочих равных условиях, делает сталь хрупкой, химический состав при повышении содержания углерода должен выдерживаться более жестко, особенно в отношении вредных примесей. Марганец повышает твёрдость, износостойкость и вязкость стали. Кремний увеличивает твёрдость и износостойкость. Мышьяк увеличивает твёрдость и износостойкость стали, но в больших количествах уменьшает ударную вязкость. Ванадий, титан, цирконий — микролегирующие добавки, улучшают структуру и качество стали.

Фосфор и сера являются вредными примесями, придающими хрупкость стали. Большое содержание фосфора делает рельсы хладноломкими, большое содержание серы — красноломкими (образуются трещины при прокате).

Микроструктура рельсовой стали представляет собой пластинчатый перлит с прожилками феррита на границах перлитовых зёрен. Твёрдость, сопротивление износу и вязкость достигается приданием стали однородной сорбитной структуры при помощи термической обработки путём поверхностной (на 8—10 мм) закалки головки или объёмной закалки рельса. Объёмнозакаленные рельсы имеют повышенную износостойкость и долговечность. Макроструктура рельсовой стали должна быть мелкозернистой, однородной, без пустот, неоднородностей и посторонних включений.