Перетворення у твердому стані (вторинна кристалізація).
Лінія GSE, PSK і GPQ показують, що в сплавах системи у твердому стані відбуваються зміни структури. Ці перетворення відбуваються тому, що залізо переходить з однієї модифікації в іншу, а також у зв¢язку зі змінами розчинності вуглецю в залізі.
В області діаграми AGSE знаходиться аустеніт. При охолодженні аустеніт розпадається з виділенням по лінії GS феріту (Ф) – твердого розчину вуглецю в a-залізі , а по лінії SE – цементиту (Ц ІІ). Цей цементит , що випадає з твердого розчину, має назву вторинний, на відміну від первинного (Ц І), який випадає з рідкого розчину;
В області діаграми GSP знаходиться суміш двох фаз: феріту (Ф) і аустеніту (А), що розпадається, а в області SЕe1 – суміш вторинного цементиту (Ц ІІ) і аустеніту (А), що розпадається;
У точці S при вмісті 0,8%С і t0 =7270С увесь аустеніт розпадається і одночасно кристалізується тонка механічна суміш фериту і цементиту – евтектоїд (подібний до евтектики), який у цій системі має назву перліт (П);
Сталь, що містить 0,8%С, називається евтектоїдною, <0,8%С – доевтектоїдною, >0,8%С – заевтектоїдною;
По лінії PSK відбувається розпад аустеніту, який ще залишився у будь-яклму сплаві системи, з утворенням перліту, тому ця лінія має назву перлітного (евтектоїдного) перетворення.
Порівнюючи між собою перетворення у точках с і s діаграми, можна відмітити наступне:
Вище точки С знаходиться рідкий розчин, вище точки S – твердий розчин – аустеніт;
У точці С сходяться гілки АС і СД, котрі вказують на початок виділення кристалів з рідкого розчину (первинна кристалізація); в точці S сходяться гілки GS і ES, що указують на початок виділення кристалів з твердого розчину (вторинна кристалізація);
В точці C рідкий розчин, що вміщує 4,3%C, кристалізується з утворенням евтектики (ледебуриту); в точці S твердий розчин, що вміщує 0,8%С, перекристалізується з утворенням евтектоїду – перліту;
На рівні точки C лежить пряма EF евтектичного (ледебуритного) перетворення, на рівні точки S – пряма PK евтектоїдного (перлітного) перетворення.
Виробництво сталі
СТАЛЬ-залізовуглецевий сплав, який містить до 2,14% вуглецю (Звичайно 0,1 – 1,4%).
Основна маса сталі виробляється шляхом переробки чавуна.
Сталь має більш високі механічні і технологічні якості порівняно з чавуном: її можна обробляти тиском, вона має високу міцність, пластичність, добре обробляється різанням.
Задача переробки чавуну в сталь полягає в тому, щоб з чавуна видалити надлишок вуглецю і інших домішок (кремнію, марганцю). Особливо важливо видалити шкідливі домішки сірки і фосфору, які додають сталі крихкість.
У процесі переробки вуглець чавуна з¢єднується з киснем, перетворюється на газ СО, який відводиться, а інші домішки переходять у хімічні сполуки, які разом з флюсами утворюють на поверхні металу шлак.
За різними ознаками сталі поділяють:
За способом виготовлення:
Конверторний. Є найбільш поширеним. На нього припадає більше половини світової виплавки сталей. В конвертер заливають чавун, додають флюси і подають кисень, який проникає в метал і розтікається по його поверхні. За рахунок активного окислення (вигоряння) домішок розвивається температура 20000С. Подачу кисню припиняють по досягненні заданого вмісту вуглецю.
+ простота та дешевизна процесу, відсутність витрат палива та висока продуктивність.
– залежність якості сталі від хімічного складу перероблюваного чавуну, необхідність розміщувати біля домни, неможливість переробки великої кількості металобрухту, значне вигоряння заліза і пилоутворення.
Мартенівський. Сталь виплавляють з твердого або рідкого чавуна, стального і чавунного брухту і необхідних добавок. При цьому утворюється побічний продукт плавки – мартенівський шлак.
+ більш широкий асортимент вироблюваної сталі, можливість переробки необмеженої кількості металобрухту та чушкового чавуну та використання чавуну будь-якого хімічного складу. Вироблена сталь має більш високу якість.
– низька продуктивність праці (через довготривалість процесу плавки), значні витрати палива та досить висока вартість продукції. Будівництво мартенівських печей припинено і їх поступово замінюють на електропечі.
Електроплавильний. Відсутність полум¢я і незначна кількість повітря надають можливість керування плавкою. Плавильні електропечі бувають дуговими і індукційними. Температура в зоні плавлення досягає 100000С (у середньому 4000-60000С).
+ дозволяє виплавляти сталі будь-якого хімічного складу з мінімальною кількість неметалічних вкраплень.
– низька продуктивність і досить висока вартість.
За хімічним складом сталі поділяють на вуглецеві та леговані.
Вуглецевими називають сталі, що не містять спеціальних добавок. Вони поділяються на конструкційні (0,1 – 0,85) і інструментальні (0,65 – 1,4%С).
Легованими називають сталі, що містять спеціальні легуючі елементи, які, при присутності в достатній кількості, надають сталі певні фізико-механічні властивості: хром (Х) –уповільнює ріст зерен при нагріванні, підвищує зносостійкість та корозійну стійкість; нікель (Н) –підвищує міцність. При вмісті нікелю >12% (або хрому і нікелю) сталь стає неіржавіючою, а при вмісті 18-20% - немагнітною, жароміцною і жаростійкою; молібден (М) –подрібнює зерно сталі; вольфрам (В) –підвищує твердість, міцність та в¢язкість. Для ріжучих інструментів вміст вольфраму складає 6-18% і ці сталі мають назву бистроріжучі; ванадій (Ф) –створює дрібнозернисту структуру; мідь (Д) –підвищує корозійну стійкість.
За якістю. Вуглецева сталь буває звичайної якості і якісна. Легована сталь буває якісною, високоякісною (А) та особливовисокоякісною (Ш).
Вуглецева сталь звичайної якості використовується при виробництві зварних конструкцій, в судно- та машинобудуванні. Буває спокійна (майже не містить газів і твердішає спокійно), кипляча (при розливанні після плавки ще триває процес виходу газів) і напівспокійна (проміжна).
Вуглецева якісна сталь широко використовується у всіх галузях промисловості. До неї пред¢являють більш жорсткі вимоги щодо вмісту шкідливих домішок.
Легована сталь може бути низьколегованою (листовий та фасонний прокат), середньолегованою (підлягає загартуванню) та високолегованою.
За використанням леговані сталі бувають конструкційними, інструментальними, спеціальними та з особливими властивостями.
Конструкційна поділяється на підгрупи: а- для гарячої обробки тиском, б-для холодної механічної обробки, в-для холодного волочіння, г-для гарячого штампування.
Інструментальна сталь використовується для виробництва ріжучого інструменту, штампів холодного та гарячого деформування, вимірювального інструменту.
Сталі спеціального призначення застосовують для виробництва деталей, що працюють в певних умовах експлуатації.
Сталі з особливими фізичними властивостями бувають: з високим електричним опором (реостатні), з особливими тепловими властивостями, наприклад, з певним коефіцієнтом лінійного розширення. Їх використовують для впаювання у скло для деталей, розміри яких не змінюються при коливанні температур.