Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Влияние примесей на свойства железоуглеродистых сплавов





 

В состав обычных углеродистых сталей кроме железа и углерода входят в небольшом количестве примеси кремния, марганца, фосфора, серы, кислорода, азота. Их присутствие вызывается условиями получения стали. В обычных углеродистых сталях содержание кремния не превышает 0,35 % и марганца 0,9 %. В таких количествах они не оказывают существенного влияния на механические свойства сталей.

Фосфор относится к числу вредных примесей. Образуя с α-железом твердый раствор замещения, фосфор сильно искажает кристаллическую решетку феррита, в связи с чем повышаются его твердость и хрупкость. Наличие фосфора в количестве более 0,045 % делает сталь хрупкой при низких температурах. Фосфор является сильно ликвирующим эле-ментом, поэтому содержание его в сталях не должно превышать 0,07 %. Фосфор способствует росту зерен, что ухудшает механические свойства стали. В присутствии меди добавки фосфора могут улучшать обрабатываемость и повышать коррозионную стойкость сплава.

Сера, так же как и фосфор, - вредная примесь. Сера находится в стали в виде химического соединения FеS, образуя с железом легкоплавкую эвтектику с температурой затвердевания около 985 °С. Затвердевая в последнюю очередь, она располагается по границам зерен, разобщая их хрупкой и непрочной оболочкой. При нагреве стали до красного каления эти оболочки частично расплавляются, и прочная связь между зернами нарушается. Поэтому сталь с повышенным содержанием серы становится хрупкой при горячей механической обработке. Кроме того, сера понижает коррозионную стойкость и ухудшает свариваемость стали. Содержание серы в стали не должно превышать 0,06 %.

Повышенным содержанием кислорода характеризуются плохо раскисленные стали. Кислород находится в стали преимущественно в виде хрупких оксидов: FеО, SiO2, Al2O3. FеО растворяется в железе, но при охлаждении растворимость его снижаетсяи закись железа выделяется в виде хрупких шлаковых прослоек на поверхности зерен металла, способствуя повышению хрупкости и понижению ударной вязкости. В спокойной стали 0,002…0,001 % кислорода, в кипящей — 0,03…0,08 %.



Азот присутствует в стали в виде нитрида Fe4N или в свободном виде, располагаясь в дефектах кристаллов, трещинах, повышая хрупкость. Повышенное содержание азота снижает пластичность стали.

Существенное влияние на свойства чугуна оказывает форма углеродной составляющей. При медленном охлаждении чугуна цементит распадается с образованием графита. Кремний способствует графитизации чугуна. Марганец в количестве 0,5…1,4 % препятствует графитизации. Фосфор не оказывает существенного влияния на процесс графитизации. Сера, являясь вредной примесью, ухудшает литейные свойства чугуна, увеличивает его усадку, повышает склонность к трещинообразованию, снижает температуру хрупкости. Чтобы устранить вредное влияние серы, в состав чугуна вводят марганец. Марганец образует с серой тугоплавкое соединение MnS – пластичный сульфид марганца, с температурой плавления 1620 °С.

 

Термическая обработка стали

Термическая обработка стали производится с целью придать ей ту или иную структуру для изменения соответствующим образом ее свойств, поскольку последние определяются структурой металла. При этом под термином “термическая обработка” понимают лишь такие приемы изменения внутреннего строения стали при которых как действующим фактором пользуются исключительно только теплом, не прибегая к другим воздействиям. Основой процессов термической обработки является полиморфизм железа и его твердых растворов определяющих структуру стали. Термическая обработка заключается в нагреве сплавов до определенных температур, выдержке их при этих температурах и последующем охлаждением с различной скоростью. Различают три основных вида термической обработки стали: закалку, отпуск и отжиг.

При медленном охлаждении стали происходит полный распад аустенита с образованием равновесной структуры, представленной ферритом и цементитом. В процессе закалки получают сталь неравновесной структуры повышенной твердости. Под закалкой понимают термическую обработку, состо-ящую в нагреве стали до температуры выше критической точки Ас1 (линия РSK, рис.7) или Ас3 (линия GS на диаграмме состояния железо – цементит), выдержке и последующем быстром охлаждении. Различают два вида превращений в стали при закалке: закалка на мартенсит и закалка на ферритно-цементитную смесь. При скорости охлаждения стали ≥ Vкр происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит (рис.9). При этом имеет место перестройка кубической гранецентрированной решетки аустенита в тетрагональную объемно-центрированную решетку мартенсита. Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в -железе. Таким образом, главным фактором закаливаемости является содержание углерода.

В практике термической обработки при регулировании скорости охлаждения аустенита с целью получения требуемой структуры стали пользуются С-образными кривыми, получаемыми для каждой марки стали опытным путем (рис. 10). По оси ординат показана температура переохлаждения аустенита, а по оси абсцисс – логарифм времени. Линия А1 - нижняя критическая точка, соответствующая 727 °С. Первая С-образная кривая лежащая ближе к оси ординат показывает начало, а вторая С-образная кривая соответственно окончание превращения аустенита в ферритно-цементитную смесь.

Мартенсит отличается высокой твердостью (600…650 НВ) и хрупкостью. Критическая скорость охлаждения при закалке это минимальная скорость охлаждения для получения мартенситной структуры. Регулируя скорость охлаждения ниже критической Vкр,можно получать структуры пониженной твердости в виде смесей связанных между собой частиц феррита и цементита: перлит, сорбит или троостит. Эти структуры отличаются друг от друга количеством и степенью дисперсности зерен цементита, а также степенью дисперсности зерен. Свойства неравновесных структур стали приведены в табл.8.1.

 

Таблица 8.1









ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2021 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.