2. Влияние углерода

1. Влияние углерода на структуру и фазовый состав стали

Содержание углерода в соответствии с диаграммой состояния (рис.1,а) определяет структуру стали и ее фазовый состав. Изменение соотношения структурных составляющих в практически используемом диапазоне концентраций углерода (до 1,3%) представлено на рис. 1,б, изменение фазового состава на рис.1,в. Из рис.1в видно, что с увеличением содер­жания углерода в стали возрастает количество твердой и хрупкой фазы цементита (Ц): от 0 до 19,4% в стали У13:

Изменяется и количество структурных состав­ляющих:

- в доэвтектоидных сталях с повышением содержания углерода увеличивается количество перлита от 0 до 100%, количе­ство мягкой составляющей – феррита избыточного – уменьшается;

- в заэвтектоидных сталях увеличивается количество хрупкой составляющей – це­ментита вторичного (Ц₂); его максимальное количество в реально используемой стали с максимальным количеством углерода (У13) составляет согласно правилу отрезков (рис.1,а):

Ц₂ .

S a b

0,8 1,3 6,67 %С

a)

100% 100%Ц

Ф

Ф П

8,5% Ц₂

100% П

б)

100%

Ф 20%

100% Ц

0,8 1,3 %С

в)

Рис.1. Влияние углерода на структуру и фазовый состав стали:

а – стальной угол диаграммы

состояния;

б – структурная диаграмма сталей;

в – фазовая диаграмма

2.2. Влияние углерода на механические свойства сталей

Пластины цементита, входящего в перлит, включения цементита вторичного являются эффективными препятствиями на пути дислокаций, что повышает сопро­тивление деформации стали: с увеличением %С её прочностные свойства (предел текучести ₀₂, предел прочности _в) и твердость НВ растут.

Дислокации, скапливаясь у препят-ствий, преобразуются в микродефекты, а затем - в микротрещины, в результате показатели пластичности (относительное удлинение , относительное сужение ) и вязкость КС снижаются.

Из рис.2 видно, что кривая НВ=f(%С) возрастает монотонно, пределы прочности _в и текучести ₀₂ увеличиваются до ~1%С, а начиная с 1,1%С, снижаются, что объясняется образованием при указанном содержании углерода замкнутой сетки цементита вторичного – хрупкой прослойки между зернами. Это приводит к преждевременному разрушению образца.

_в НВ ,

₀₂ _в КС

НВ ₀₂



КС 

0,4 0,8 1,2 %С

Рис. 2. Изменение механических свойств в стали

в зависимости от содержания углерода:

_в – предел прочности; ₀₂ – предел текучести; КС – ударная вязкость;

 и  - относительное удлинение и сужение