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.
Качественные углеродистые
инструментальные стали маркируют буквой
" 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 ).
Сталь У7 закаливают с нагревом выше точки Ас3 ( 800-8200 С ) и под- вергают отпуску при 275-325 0 С ( 48-58 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.
Чем меньще зерно, тем выше прочность (sв ,sт ,s-1), пластичность
(d,y) и вязкость ( KCU, KCT ), ниже
порог хладноломкости ( t50 ) и меньше скло- нность к хрупкому разрушению.
Уменьщая размер зерна аустенита, можно
компенсировать отрицательное влияние других механизмов упрочнения на
порог хладноломкости.
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.
|
