Твердые стали содержат углерода: Страница не найдена

Твердые стали содержат углерода: Страница не найдена – Все об электронике

alexxlab | 23.10.1978 | 0 | Разное

Содержание

Твердость углеродистой стали – steel-guide.info

Твердость углеродистой стали зависит от многих различных факторов, включая содержание углерода, количество и тип других элементов в сплаве, а также особенности технологии создания стали. Низкоуглеродистые стали, которые содержат от 0,05 до 0,25 % углерода, обычно они являются самыми мягкими. Они могут быть упрочнены с помощью процесса, которые называется цементацией или науглероживанием.

Высокоуглеродистые стали, которые содержат углерода до 2 %, обычно являются самыми твердыми, их конечная твердость зависит от режима их термической обработки. Закалка может увеличить твердость углеродистой стали в четыре раза, а последующий отпуск стали снижают ее твердость до заданного уровня.

Углеродистые стали

Углеродистые стали являются сплавом, который состоит в основном из железа и углерода. Другие элементы также могут присутствовать, но обычно в очень малых количествах. Например, такие элементы как кремний и медь присутствуют в углеродистых сталях в количестве не более 0,6 %.

Некоторые углеродистые стали могут содержать до 1,6 % таких элементов как марганец.

Выше углерод – тверже сталь

Главный фактор, которые определяет твердость углеродистой стали – это содержание углерода в стали. Низкоуглеродистые стали обычно мягкие, тогда как высокоуглеродистые стали могут быть очень твердыми и хрупкими. Физические свойства углеродистых сталей можно изменять с помощью различных обработок и, тем самым, повышать или понижать твердость.

Цементация низкоуглеродистой стали

Хотя низкоуглеродистая сталь является относительно мягкой, с помощью процесса, которые называется цементацией, ее можно сделать значительно тверже. Этот процесс термической обработки буквально заставляет сталь поглощать углерод из твердой, жидкой или газообразной среды богатой углеродом. Обычно углерод поглощается только поверхностным слоем стали. Это дает очень твердый поверхностный слой детали, что полезно, например, для износостойкости. Сердцевина детали остается малоуглеродистой и поэтому пластичной и вязкой. Это весьма благоприятно для надежности и стойкости к хрупкому разрушению для детали в целом

Твердая цементация стали

При твердой цементации детали укладывают в ящик с карбюрозатором. Карбюрозатор – это науглераживающее вещество, обычно древесный уголь с различными добавками. При температуре 900-950 º кислород воздуха соединяется с углеродом древесного угля с образованием окиси углерода. При соприкосновении с железом оксиь углерода разлагается на углекислый газ и атомарный углерод, который и поглощается поверхностью детали. Твердая цементация применяется в мелкосерийном и единичном производстве, например, в сельских кузницах.

Газовая цементация стали

При массовом производстве основным процессом является газовая цементация. Ее проводят в стационарных или непрерывно действующих (методических) печах. Цементирующими газами являются окись углерода и газообразные углеводороды – метан, этан, пропан, бутан, а также просто природный газ.

Закалка и отпуск высокоуглеродистой стали

Высокоуглеродистые стали обычно обладают высокой твердостью уже как бы сами по себе. Однако процесс закалки может сделать их значительно тверже, хотя при этом они становятся более хрупкими. Поэтому закалку почти всегда совмещают с отпуском. В результате отпуска твердость стали снижается, а пластичность повышается.

После отжига, нормализации или отпуска углеродистая сталь состоит из феррита, свободного и пластинчатого, и включений карбидов (цементита). Феррит обладает низкой прочностью и высокой пластичностью. Цементит же имеет очень высокую твердость (около 800 НВ) и практически нулевую пластичность. При малом количестве цементитных включений пластическая деформация развивается относительно легко и твердость стали поэтому невысока.

Твердость мартенсита

При закалке стали образуется мартенсит. Высокая твердость мартенсита объясняется тем, что элементарные кристаллические ячейки его искажены. Это затрудняет пластическую деформацию и образование сдвигов. Чем больше углерода в стали, тем больше искаженность тетрагональной решетки мартенсита и выше его твердость. Так, мартенсит в стали, содержащей 0,1 % углерода, имеет твердость примерно 30 HRC, а при 0,7 % углерода – 64 HRC.

Влияние отпуска на твердость стали

Обычно заключительной операцией термической обработки стали является отпуск. Отпуск придает стальному изделию окончательные свойства. Изменения твердости при отпуске происходит за счет изменений в строении структуры стали. При нагреве выше 100 ºС твердость падает вследствие укрупнения карбидных частиц и обеднения углеродом твердого альфа-раствора.

Общая тенденция состоит в том, что твердость с повышением температуры отпуска падает, также как и другие показатели прочности (временное сопротивление и предел текучести), тогда как показатели пластичности (относительное удлинение и относительное сужение) возрастают.

Углеродистые стали – steel-guide.info

Сплав железа с углеродом

Углеродистая сталь является металлическим сплавом, который образуется в результате комбинации железа и углерода. Обычно сталь считается углеродистой, когда суммарное содержание других легирующих элементов не превышает определенного количества процентов. Обычно, например, максимальное содержание марганца не превышает 1,6 %, кремния – 0,6 % и меди – 0,4 %. Если сталь содержит более высокое количество других элементов, таких как никель, хром или ванадии, то она уже считается легированной сталью.

Производители стали добавляют углерод к железу, чтобы сделать структуру сплава более твердой, а получаемую сталь более прочной. Углерод является самым дешевым легирующим элементом в стали и, изменяя его содержание, можно в значительной степени управлять свойствами стали. Обычно углеродистые стали классифицируют как низкоуглеродистые, среднеуглеродистые, высокоуглеродистые и высокопрочные углеродистые (ледебуритные) стали.

Низкоуглеродистая сталь

Стали с очень низким содержанием углерода – от 0,05 до 0,3 % – называются низкоуглеродистыми сталями. Они похожи на железо, так как очень мягкие и пластичные, что затрудняет их механическую обработку резанием. Их применяют в виде листов, лент, проволоки. Низкоуглеродистые стали дешевле других сталей, но их свойства нельзя изменять с помощью термической обработки.

Среднеуглеродистая сталь

Увеличение содержания углерода делает углеродистые стали тверже и прочнее, но при этом снижается их свариваемость и пластичность, что делает сталь более хрупкой. Производители стали добавляют также к углероду небольшие количества других легирующих элементов для улучшения свойств стали, например, вязкие свойства.

Среднеуглеродистые стали имеют содержание углерода от 0,3 до 0,6 %. Их легче механически обрабатывать. В некоторые стали для улучшения обрабатываемости дополнительно добавляют кремний и марганец. Эти стали еще остаются относительно дешевыми и их применяют, в том числе, для таких ответственных изделий, как трубы и рельсы.

Высокоуглеродистая сталь

Высокоуглеродистые стали очень трудно сваривать, так как они содержат от 0,6 до 1,0 % углерода. Они также имеют большое содержание марганца, который добавляют для повышения закаливаемости стали. Эти стали легко упрочняются термической обработкой. Они имеют высокую прочность и применяются для изготовления инструментов, режущих лезвий, пружин и высокопрочной проволоки.

Ледебуритная сталь

Ледебуритные стали содержат углерод от 1,25 до 2,0 %. Их не подвергают холодной обработке, так как они очень хрупкие. Ледебуритные стали применяют для изготовления деталей, требующих очень высокой твердости, такие как лезвия, режущий инструмент и большие изделия. Ледебуритные стали очень чувствительны к термической обработке, обладают хорошей обрабатываемостью резанием и имеют очень высокую износостойкость.

ГОСТ 380-2005

Как влияет содержание углерода на свойства сталей

Содержание углерода и легирующих элементов определяет свойства углеродистых сталей. Состав сплава содержит железо, углерод, магний, кремний, марганец, серу и фосфор. Количество одного компонента по отношению к общей массе определяет вязкость, пластичность, прочность и твердость металла. Углеродистые стали классифицируют по химическому составу, способу изготовления, назначению и степени раскисления. Металлопрокат производят из разных марок стали. Компания «Стальмет» продает металлопродукцию из углеродистых сталей, соответствующих ГОСТу 380-2005 и 1050-2005.

Состав стали с углеродом

Технология производства не полностью удаляет примеси из стали. Они занимают малую процентную долю, но присутствуют во всех углеродистых сталях. Содержание углерода разделяет сталь на углеродистую и легированную. Углерод добавляют намеренно, чтобы изменить технические характеристики и механические свойства сталей. Наличие примесей зависит от выбранной плавки сталей. Процентное содержание разных элементов в составе стали:

железо — до 99 %;
углерод — до 2,14 %;
кремний — до 1 %;
марганец — до 1 %;
фосфор — до 0,6 %;
сера — до 0,5 %.

Сталь содержит незначительное количество водорода, кислорода и азота.

Какие свойства у стали с разным содержанием углерода?

Механические свойства стали зависят от количества углерода. Увеличение или снижение содержания углерода, даже в сотых долях процента, предопределяет сферу применения металла. Структура углеродистой стали меняется от содержания цементита и феррита. Когда в сталь добавляют больше углерода, сплав становится твердым, прочным и упругим. Когда уменьшают, улучшают ее пластичность и сопротивление удару.

В зависимости от того, сколько углерода в составе сплава, различают несколько видов стали:

Низкоуглеродистые содержат меньше 0,25 % углерода. Пластичные, но легко деформируемые. Обрабатываются в холодном состоянии и под действием высокой температуры.
Среднеуглеродистые — 0,3-0,6 %. Пластичные, текучие и среднепрочные. Из них изготавливают детали и конструкции, которые будут использовать в нормальных условиях.
Высокоуглеродистые — 0,6-2 %. Износостойкие, прочные и дорогие углеродистые стали с низкой вязкостью. Плохо поддаются сварке без предварительного разогрева обрабатываемой зоны до +225оС.

Низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали обрабатывать и варить проще, чем высокоуглеродистые.

Виды углеродистой стали по степени раскисления

У углеродистой стали разная степень раскисления. Бывают спокойные, кипящие и полуспокойные сплавы. Названия связаны с содержанием вредных примесей — оксидом железа. Чем меньше кислорода в сплаве, тем стабильнее и долговечнее стали. После разливки сталь выделяет газы и затвердевает.

В спокойных сталях кислород удален почти полностью, поэтому у них однородная структура и равномерное распределение состава. Полуспокойные чаще содержат 0,15-0,3 % углерода. Таким сталям свойственна неравномерная структура из-за частичного раскисления сплава. Больше всего кислорода у кипящих сталей. Такое раскисление приводит к разному химическому составу. В кипящих сталях много примесей: углерода, азота, серы и фосфора.

Чем отличаются инструментальные и конструкционные стали?

Сфера применения и способ изготовления — главные отличия сталей. Конструкционные углеродистые стали выплавляют в конвертерах и мартеновских печах. Они бывают высокого и обыкновенного качества. Их разделяют на группы А, Б и В. Маркируют соответственно буквами и цифрами. В обозначении буква говорит о группе стали, а цифры указывают на содержание углерода, увеличенное в 100 раз. Чем больше значение, тем прочнее сталь. Стали обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца маркируются буквой «Г».

Сталь группы А поставляют по механическим свойствам, группы Б — по химическому составу, группы В — по механическим свойствам и химическому составу. Это означает, что сталь группы А обладает заявленными свойствами, а сталь группы Б отвечает нормативной документации.

Углеродистую инструментальную сталь выплавляют в мартеновской или электрической печи. Она бывает спокойной, полуспокойной и кипящей. Ее разделяют на качественную и высококачественную сталь. Доля примесей в качественной инструментальной стали регламентирована: серы должно быть не более 0,4 %, фосфора — не больше 0,6 %. Цифра в маркировке говорит о содержании углерода в сотых долях. Также она обозначает условный номер марки материала.

Сферы применения углеродистых сталей

Углеродистые стали обыкновенного качества используют для изготовления двутавра, уголка, швеллера, прута, листа и другого проката. В производстве инструментов и деталей для разных областей машиностроения применяют углеродистую сталь высокого качества.

Массовая доляи углерода

Главное меню a>| Учебная работа

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Компоненты и фазы в углеродистых сталях в равновесном cостоянии
Влияние массовой доли углерода на структуру и механические свойства стали
Определение массовой доли углерода в стали и марка стали по ее структуре
Влияние примесей на свойства сталей
Маркировка углеродистых сталей

Влияние массовой доли углерода на структуру и механические свойства стали

По структуре углеродистые стали подразделяются на: доэвтектоидные, эвтектоидную и заэвтектоидные.

Эвтектоидная сталь содержит 0,8 % С и имеет перлитную структуру (рис. 2, б). Перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита. Перлит любой углеродистой стали содержит 0,8 % С. Строение перлита таково, что дисперсные частицы цементита равномерно расположены в ферритной основе. В литой, горячекатаной и кованой стали присутствует пластинчатый перлит, состоящий из пластинок феррита и цементита. В отожженной стали присутствует зернистый перлит, где цементит находится в форме зернышек. На рис. 2, б схематически изображено пластинчатое строение перлита, в котором темные полосы представляют тени на светлом фоне феррита от выступающих после травления шлифа цементитных частиц. При микроскопическом исследовании для случая большой степени дисперсности цементитных частиц или малых увеличений микроскопа двухфазное строение перлита может не выявляться. В таких случаях перлит выявляется и виде сплошного темного фона.

Рис. 2. Микроструктура углеродистых сталей: а) доэвтектоидной; б) эвтектоидной; в) эаэвтектоидной (слева – схематическое изображение)

Доэвтектоидные стали содержат от 0,02 до 0,8 % С и имеют феррито-перлитную структуру (рис. 2, а). Здесь светлые зерна – это феррит, а темные участки представляют собой перлит, являющийся двухфазной структурной составляющей, состоящей из пластинок феррита и цементита.

Количественное соотношение этих структурных составляющих зависит от массовой доли углерода в стали. Поскольку феррит содержит очень мало углерода (менее 0,006 %), то основным носителем углерода в доэвтектоидной стали является перлит, характеризующийся постоянной массовой долей углерода (0,8 %). Поэтому с увеличением в стали массовой доли углерода доля перлита в структуре увеличивается, а феррита соответственно уменьшается. Изменение структуры влечет за собой изменения механических свойств. Направление этих изменений можно определить на основе сопоставления свойств структурных составляющих. Перлит содержит 88 % ферритной фазы и 12 % цементитной и поэтому, по сравнению с ферритной структурной составляющей, обладает большей твердостью и прочностью. Следовательно, с увеличением массовой доли углерода в доэвтектоидной стали увеличивается доля перлита в ее структуре, что приводит к увеличению твердости и прочности и уменьшению пластичности и ударной вязкости.

Заэвтектоидные стали содержат углерода от 0,8 до 2,14 % и имеют структуру, которая состоит из перлита и цементита (рис. 2, в).

Структурно-свободный цементит (цементит вторичный) в объеме медленно охлажденной стали располагается вокруг перлитных зерен и металлографически это проявляется в виде цементитной сетки. Такое расположение вторичного цементита способствует повышению хрупкости и снижению вследствие этого, прочности. Поэтому от цементитной сетки избавляются путем отжига на зернистый перлит, добиваясь более равномерного распределения зерен цементита в стали.

Начало страницы

Материалы порошковые (металлические спеченные), исключая твердые сплавы. Подготовка проб для химического анализа по определению содержания углерода – РТС-тендер

ГОСТ 30642-99
(ИСО 7625-83)

Группа В59

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

МАТЕРИАЛЫ ПОРОШКОВЫЕ (МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЕЧЕННЫЕ),
ИСКЛЮЧАЯ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

МКС 77.160

ОКСТУ 1790

Дата введения 2001-07-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 150, Институтом проблем материаловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины

ВНЕСЕН Государственным комитетом Украины по стандартизации, метрологии и сертификации

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 15 от 28 мая 1999 г.)

За принятие проголосовали:


Наименование государства	Наименование национального органа по стандартизации
Республика Беларусь	Госстандарт Республики Беларусь
Республика Казахстан	Госстандарт Республики Казахстан
Кыргызская Республика	Кыргызстандарт
Республика Молдова	Молдовастандарт
Российская Федерация	Госстандарт России
Республика Таджикистан	Таджикгосстандарт
Туркменистан	Главгосинспекция “Туркменстандартлары”
Республика Узбекистан	Узгосстандарт
Украина	Госстандарт Украины

3 Настоящий стандарт содержит полный аутентичный текст международного стандарта ИСО 7625-83 “Материалы металлические спеченные, исключая твердые сплавы. Подготовка проб для химического анализа по определению содержания углерода” с дополнительными требованиями, отражающими потребности экономики страны, которые в тексте выделены курсивом

4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 19 декабря 2000 г. N 384-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 30642-99 (ИСО 7625-83) введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 2001 г.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Химический анализ спеченных металлических (порошковых по ГОСТ 17359) материалов, исключая твердые сплавы, выполняется с помощью имеющихся стандартных методов для компактных металлов (литых металлов и их сплавов).

Так как спеченные материалы очень часто содержат углерод в различных состояниях, то правильное определение массовой доли свободного или общего углерода требует соблюдения определенных предосторожностей при подготовке проб для анализа их состава.

Пробы, подготовленные в соответствии с требованиями настоящего стандарта, пригодны также для химического анализа по определению других элементов.

Настоящий стандарт устанавливает методы подготовки пробы из материала (изделия) в виде стружки или порошка для определения содержания в ней свободного или общего углерода.

Связанный углерод определяется как разность между общим и свободным углеродом. Стандарт предусматривает подготовку проб для определения углерода химическим методом, т.е. сжиганием их в кислороде с последующим определением полученного диоксида углерода.

Подготовку проб для определения углерода физическими методами (металлографией или спектроскопией) стандарт не предусматривает.

Стандарт распространяется на изделия из материалов с однородным распределением в них углерода, находящегося в состоянии, приведенном в таблице 1, и удовлетворяющего условиям определения, указанным в таблице 2.

Таблица 1 – Состояние углерода, определяемое химическим анализом


Состояние углерода	Типичный материал, содержащий углерод	Пояснение особенностей определения углерода
Связанный углерод (в карбидах или в твердых растворах)	Углеродсодержащие стали и жаропрочные сплавы	Определяется как разность между общим и свободным углеродом
Свободный углерод	Графитсодержащие бронзы, стали; материалы, пропитанные углеродсодержащей жидкостью (смазкой)	Определяется сжиганием остатка после избирательного растворения металла образца (пробы)
Общий углерод (сумма связанного и свободного углерода)	Все материалы (изделия), содержащие углерод	Определяется непосредственным сжиганием образца (пробы)

Таблица 2 – Источники углеродистых веществ и возможности определения углерода химическими методами


Углеродистые вещества	Источник углеродистых веществ	Условия определения углерода
1 Жидкие или полужидкие органические вещества на поверхности или в порах	Калибровочная смазка, закалочное масло, пропитывающая смазка, эмульсол, консистентная смазка	Определение углерода возможно только после полного удаления органических веществ с помощью метода, приведенного в разделе 4
2 Парафин или парафинообразные вещества	Калибровочная смазка, коррозионная защита	То же
3 Поверхностные отложения углерода	Спекание, термообработка	“
4 Твердые органические вещества, например пластмассы на поверхности или в порах	Герметизирующий материал, обеспечивающий непроницаемость или коррозионную защиту изделия	В основном, удаление этих веществ и определение углерода невозможно

Стандарт не распространяется на изделия с неоднородным распределением углерода по всему объему (например в изделиях с упрочненным поверхностным слоем).

Наличие углеродистых веществ в порах или на поверхности анализируемых изделий (таблица 2) мешает определению углерода.

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 17359-82 Порошковая металлургия. Термины и определения

ГОСТ 18898-89 (ИСО 2738-87) Изделия порошковые. Методы определения плотности, содержания масла и пористости

ГОСТ 24903-81 Порошковые изделия. Метод определения масла

Подготовка пробы для анализа проводится путем удаления из материала пробы впитавшегося в поры или поверхностного углерода с последующим механическим дроблением пробы, исключающим (за этим необходимо следить) потери содержащегося в материале свободного углерода.

4.1 Пробу для анализа отбирают по нормативным документам на конкретный материал (изделие) и подготавливают в соответствии с требованиями 4.2 и 4.3.

4.2 Удаление углеродистых веществ, препятствующих анализу

Углеродистые вещества (таблица 2), искажающие результаты определения углерода, должны быть удалены из пробы или изделия до анализа следующим образом.

4.2.1 Органические вещества, впитавшиеся в поры или находящиеся на поверхности пробы или изделия (таблица 2, пункты 1, 2), должны быть удалены обезжириванием по Сокслету по ГОСТ 18898 или ГОСТ 24903 с помощью соответствующего растворителя.

Примечание – Если жидкость для пропитки содержит мельчайшие частицы углерода, например коллоидного графита, то обезжириванием по Сокслету может быть удалена только часть этих частиц. В этом случае определение свободного и общего углерода будет недействительно, несмотря на то, что расчет связанного углерода при этом возможен при условии определения содержания свободного и общего углерода на одном и том же изделии или изделиях после обезжиривания.

4.2.2 Поверхностные отложения углерода на пробе или изделии (таблица 2, пункт 3) удаляют механической обработкой.

4.3 Окончательная подготовка пробы

Анализируемая проба должна состоять из мелких кусочков или находиться в виде порошка с частицами такого размера, который соответствует применяемому методу анализа, и должна быть получена одним из следующих способов:

– измельчением в ступке, изготовленной из материала, не изменяющего состава пробы;

– сверлением, фрезерованием или обточкой.

Указанная механическая обработка должна выполняться без охлаждения пробы жидкостью. Необходимо принять меры против перегрева, окисления и загрязнения частиц. Если применяется сверление, изделие необходимо просверливать насквозь, а распределение просверливаемых отверстий должно быть равномерным по всей поверхности изделия. В изделии большой толщины отверстия просверливают с двух сторон до его середины.

Если кусочки после измельчения или механической обработки содержат мелкие частички, например свободного графита, то необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы не потерять их во время обработки.

Примечание – В случае расслоения вся полученная в виде мелких кусочков или порошка проба должна быть после тщательного усреднения разделена на соответствующее (необходимое) количество анализируемых навесок. Содержание углерода вычисляют как среднее значение результатов анализа каждой навески.

Подготовленное количество проб должно быть представительным для изделия или изделий. Для защиты от загрязнения пробы для анализа должны храниться в эксикаторе с плотно закрытой крышкой без применения смазки.

Требования к длительному хранению проб должны быть приведены в нормативных документах на конкретное изделие.

На каждой упакованной пробе должны быть указаны:

– наименование изделия и марка его материала;

– номер партии;

– основные приемы подготовки пробы со ссылкой на настоящий стандарт;

– дата подготовки пробы.

Стали: влияние углерода и примесей на свойства сталей. Классификация и маркировка сталей

Стали являются наиболее распространёнными материалами. Обладают хорошими технологическими свойствами. Изделия получают в результате обработки давлением и резанием.

Достоинством является возможность получать нужный комплекс свойств, изменяя состав и вид обработки. Стали, подразделяют на углеродистые и легированные.

Влияние углерода и примесей на свойства сталей

Углеродистые стали являются основными. Их свойства определяются количеством углерода и содержанием примесей, которые взаимодействуют с железом и углеродом.

Влияние углерода.

Влияние углерода на свойства сталей показано на рис. 10.1

Рис.10.1. Влияние углерода на свойства сталей

С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к уменьшению пластичности , а также к повышению прочности и твердости. Прочность повышается до содержания углерода около 1%, а затем она уменьшается, так как образуется грубая сетка цементита вторичного.

Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости и снижает ударную вязкость.

Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.

Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.

Влияние примесей.

В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы. 1.Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор.

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.

Содержание марганца не превышает 0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Он способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS, так как образует с серой соединение сульфид марганца MnS . Частицы сульфида марганца располагаются в виде отдельных включений, которые деформируются и оказываются вытянутыми вдоль направления прокатки.

Содержание кремния не превышает 0,35…0,4 %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний растворяется в феррите и повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести_,. Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность стали к вытяжке

Содержание фосфора в стали 0,025…0,045 %. Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности и предел текучести , но снижает пластичность и вязкость.

Располагаясь вблизи зёрен, увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладоломкость, уменьшает работу распространения трещин, Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20…25ºС.

Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участки имеют резко пониженную вязкость.

Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,10…0,15 %, для улучшения обрабатываемости резанием.

Сера уменьшает пластичность, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.

Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988ºС. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зёрнами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается – явление красноломкости.

Красноломкость – повышение хрупкости при высоких температурах

Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость аи пластичность (и ), а также предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.

2. Скрытые примеси — газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.

Азот и кислород находятся в стали в виде хрупких неметаллических включений: окислов (FeO, SiO₂, Al₂O₃)нитридов (Fe₂N), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах).

Примеси внедрения (азот N, кислород О) повышают порог хладоломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (окислы, нитриды), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить предел выносливости и вязкость.

Очень вредным является растворенный в стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов.

Флокены – тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета.

Металл с флокенами нельзя использовать в промышленности, при сварке образуются холодные трещины в наплавленном и основном металле.

Если водород находится в поверхностном слое, то он удаляется в результате нагрева при 150…180, лучше в вакууме мм рт. ст.

Для удаления скрытых примесей используют вакуумирование.

3. Специальные примеси, которые специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали — легированные сталями.

Назначение легирующих элементов.

Основным легирующим элементом является хром (0,8…1,2)%. Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей – (0…-100) ºС.

Дополнительные легирующие элементы.

Бор – 0.003%. Увеличивает прокаливаемость, а также повышает порог хладоломкости (+20…-60) ºС.

Марганец – увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна и повышает порог хладоломкости до (+40…-60) ºС.

Титан (~0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.

Введение молибдена (0,15…0,46%) в хромистые стали увеличивает прокаливаемость, снихает порог хладоломкости до –20…-120 ºС. Молибден увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.

Ванадий в количестве (0.1…0.3) % в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.

Введение в хромистые стали никеля, значительно повышает прочность и прокаливаемость, понижает порог хладоломкости, но при этом повышает склонность к отпускной хрупкости (этот недостаток компенсируется введением в сталь молибдена). Хромоникелевые стали, обладают наилучшим комплексом свойств. Однако никель является дефицитным, и применение таких сталей ограничено.

Значительное количество никеля можно заменить медью, это не приводит к снижению вязкости.

При легировании хромомарганцевых сталей кремнием получают, стали – хромансиль (20ХГС, 30ХГСА). Стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости, хорошо свариваются, штампуются и обрабатываются резанием.Кремний повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.

Добавка свинца, кальция способствует улучшению обрабатываемость резанием. Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.

Распределение легирующих элементов в стали.

Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов ( феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.

Растворение легирующих элементов происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти атомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.

Изменение размеров решётки вызывает изменение свойств феррита – прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а твкже кремний и марганец в определенных количествах, снижают вязкость.

В сталях карбиды образуются металлами, расположенными в таблице Менделеева левее железа (хром, ванадий, титан), которые имеют менее достроенную d–электронную полосу.

В процессе карбидообразования углерод отдаёт свои валентные электроны на заполнение d электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обусловливающую металлические свойства карбидов.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe₃C, Mn₃C, Cr₂₃C₆, Cr₇C₃, Fe₃W₃C – которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 образуются фазы внедрения: Mo₂C, WC, VC, TiC, TaC, W₂C – которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.

Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.

4. Случайные примеси.

Классификация и маркировка сталей

Классификация сталей

Стали классифицируются по множеству признаков.

По химическому: составу: углеродистые и легированные.
По содержанию углерода:

а) низкоуглеродистые, с содержанием углерода до 0,25 %;
б) среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0,3…0,6 %;
в) высокоуглеродистые, с содержанием углерода выше 0,7 %

По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.

По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора:

а) углеродистые стали обыкновенного качества:
б) качественные стали;
в) высококачественные стали.

По способу выплавки:

а) в мартеновских печах;
б) в кислородных конверторах;
в) в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.

По назначению:

а) конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;
б) инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;
в) специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.

Маркировка сталей

Принято буквенно-цифровое обозначение сталей

Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380).

Стали содержат повышенное количество серы и фосфора

Маркируются: Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп.

Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 — это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существуют три группы сталей: А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав.

Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная.

Качественные углеродистые стали

Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В). Степень раскисленности в основном спокойная.

Конструкционные качественные углеродистые стали. Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной.

Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.

Содержание углерода, соответственно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %.

Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом , указывающим содержание углерода в десятых долях процента.

Сталь У8, сталь У13.

Содержание углерода соответственно 0,8 % и 1,3 %

Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А для обозначения высокого качества стали.

Сталь У10А.

Качественные и высококачественные легированные стали

Обозначение буквенно-цифровое. Легирующие элементы имеют условные обозначения, Обозначаются буквами русского алфавита.

Обозначения легирующих элементов:

Х – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, К – кобальт, Т – титан, А – азот ( указывается в середине марки), Г – марганец, Д – медь, Ф – ванадий, С – кремний, П – фосфор, Р – бор, Б – ниобий, Ц – цирконий, Ю – алюминий.

Легированные конструкционные стали

Сталь 15Х25Н19ВС2

В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначением элемента, показывает его содержание в процентах,

Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %.

В указанной марке стали содержится 0,15 % углерода, 35% хрома, 19 % никеля, до 1,5% вольфрама, до 2 % кремния.

Для обозначения высококачественных легированных сталей в конце марки указывается символ А.

Легированные инструментальные стали

Сталь 9ХС, сталь ХВГ.

В начале марки указывается однозначное число, показывающее содержание углерода в десятых долях процента. При содержании углерода более 1 %, число не указывается,

Далее перечисляются легирующие элементы с указанием их содержания.

Все легированные инструментальные стали – высококачественные.

Некоторые стали имеют нестандартные обозначения.

Быстрорежущие инструментальные стали

Сталь Р18

Р – индекс данной группы сталей (от rapid – скорость). Содержание углерода более 1%. Число показывает содержание основного легирующего элемента – вольфрама .

В указанной стали содержание вольфрама – 18 %.

Если стали содержат легирующие элемент, то их содержание указывается после обозначения соответствующего элемента.

Шарикоподшипниковые стали

Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС

Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента, в указанных сталях, соответственно, 0,6 % и 1,5 %. Также указываются входящие с состав стали легирующие элементы. Содержание углерода более 1 %.

Железо сплавы с углеродом – Справочник химика 21

Сплав железа с углеродом, содержащий около 4% углерода серый чугун белый чугун [c.262]

Определите массовую долю (в процентах) углерода в стали (сплаве железа с углеродом), если при сжигании навески стали массой 10 г в токе кислорода собрано 0,28 л СО2 (при н.у.). [c.241]

Сплавы железа. Едва ли не самыми распространенными материалами в технике были и остаются чугун и различные стали. Те и другие являются соединениями железа и углерода (исключая специальные стали). Различное содержание углерода заметно влияет на физические свойства указанных сплавов. Мягкая сталь содержит не выше 0,3% углерода. Ее отличительная особенность — высокая пластичность. Например, из мягкой стали изготовляют гвозди. Твердая сталь содержит от [c.134]

Определить температуру плавления сплава железа с углеродом, если в сплаве содержится 0,036 (3,6%) масс, доли углерода. [c.92]

Чугуны. К чугунам относят сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% С. Различают чугуны белые, серые, высокопрочные и ковкие. [c.629]

В основу классификации черных металлов положен их химический сослав В общем случае черные металлы — это сложные системы, которые помимо железа и углерода содержат разнообразные примеси (серу, азот, фосфор, кремний и др.), вносимые в металл из исходного сырья в процессе производства, а также металлы целенаправленно добавляемые с целью прида- ния сплаву определенных свойств. [c.43]

Водород получают прямым расположением углеводородов при контакте их в конверторе с расплавом железа. При этом водород удаляется в качестве продукта, а образующийся углерод поглощается расплавом. В зоне регенерации расплав продувают кислородом или воздухом, обогащенным кислородом. Содержащийся в сплаве углерод связывают в виде окислов углерода и удаляют, а очищенный таким образом расплав возвращают в конвертор. Выделяющееся в зоне регенерации тепло полностью компенсирует расход тепла, необходимого для разложения исходного углеводорода в конверторе [c.113]

При затвердевании жидкого сплава растворимость металлов друг в друге может сохраняться. В этом случае образуется однородный твердый сплав (твердый раствор). Если в твердом состоянии металлы друг в друге не растворяются, то при затвердевании сплава образуется смесь мельчайших кристалликов металлов. Сплавляемые металлы могут также взаимодействовать друг с другом, образуя химические соединения, которые входят в состав твердого сплава, В состав сплавов, кроме металлов, часто входят и неметаллы. Например, чугун — это сплав железа с углеродом. [c.259]

Сплавы железа с углеродом содержание углерода до 1,7% [c.262]

В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси, называемые сплавами, В сплаве свойства одного компонента обычно удачно дополняют свойства другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для изготовления деталей машин, сплавы же меди с цинком, называемые латунью, являются уже достаточно твердыми и широко используются в машиностроении. Алюминий обладает хорошей пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав дюралюмин (дюраль), содержащий медь, магний и марганец. Дюралюмин, не теряя свойств самого алюминия, приобретает высокую твердость и поэтому используется в авиационной технике. Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов)-это известные чугун и сталь. [c.157]

Сплавы железа с углеродом и легирующими добавками, улучшающими отдельные свойства марганец до 14% (износоустойчивость) хром до 13% (твердость, устойчивость к ржавлению) [c.262]

Изучение условий образования и свойств соединений железа с углеродом имеет большое значение для понимания структуры, состава и свойств железоуглеродистых сплавов. В зависимости от условий кристаллизации и состава расплава Ре—С структура и соотношения компонентов существенно меняются, а следовательно, изменяются и физико-химические свойства получаемых сплавов. [c.621]

Среди металлических материалов исключительное положение занимают сплавы на основе железа. Сплавы железа с содержанием углерода до 2% принято называть сталью, а свыше 2% — чугуном. Используемые в настояш,ее время в промышленности стали обычно делят на углеродистые и легированные. Создание новых и интенсификация существующих промышленных процессов заставляет все больше использовать легированные стали, которые обладают повышенной коррозионной стойкостью. Массовая доля средне- и высоколегированных сталей в настоящее время составляет почти 20% от общего количества производимых промышленностью черных металлов. Для легирования используют такие металлы, как никель. [c.175]

Теоретические представления о структуре, фазовых превращениях, взаимодействии железа и углерода в железоуглеродистых сплавах постоянно совершенствуются и уточняются с появлением новых результатов исследований в этой области. Однако, современные теории не дают ответа на ряд весьма важных вопросов, которые можно сформулировать следующим образом [c.16]

В исследованиях, выполненных за последние годы [15], установлено, что в железо-углеродистых сплавах углерод,- помимо присутствия в форме фаз (а-гвердого раствора с невысокой концентрацией дефектов, остаточного аустенита, карбидов и графита), может еще находиться в состояниях, которые не соответствуют классическому определению фазы и требуют специального обсуждения. При этом можно ожидать, что значительная, а в некоторых случаях даже большая часть углерода находится в сплавах Fe- именно в этих сосгояниях. [c.18]

Чугуны. Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий более 1,7% С. По сравнению со сталью чугун более хрупок и имеет меньшую прочность, вследствие чего его не применяют при работе под давлением свыше 6 ати. К недостаткам чугуна относится также ограниченная возможность его механической обработки, поэтому чугун может быть использован только в виде литья, [c.82]

Физико-химические свойства железоуглеродистых сплавов изменяются еще сильнее при добавлении легирующих компонентов (Сг, Мп, N1, Со, Т1, Ш, Мо, Си, 51, В, V, 2г и др.). При этом легирующие элементы вступают во взаимодействие с железом и углеродом и их соединениями с образованием новых металлических соединений, в результате чего происходит изменение всего комплекса механических и физико-химических свойств стали. [c.621]

Какова температура плавления сплава железа с углеродом, если сплав содержит 0,06 (6%) масс, доли углерода [c.92]

Стали. Как уже говорилось, сплавы железа с углеродом делятся на стали и чуг ны. Стали, в свою очередь, подразделяются на группы по своему химическому составу и по назначению, а чугуны — по тому, в каком состоянии находится в них углерод. [c.627]

ЧУГУН — сплав железа с углеродом (более 1,7%), образующийся в результате доменной плавки железных руд. [c.286]

В более низких частях Домны уже идет образование сплава железа с углеродом, науглероживание , т. е. образование именно чугуна. Расплавленный чугун стекает в нижнюю часть горна, а жидкие шлаки собираются на поверхности чугуна предохраняя его от окисления. Чугун и шлаки выпускают по мере их накопления через особые отверстия, забитые в остальное время огнеупорной глиной. [c.348]

Выплавленный в домне чугун представляет собой сплав железа с углеродом (углерода более 1,7%), а также с другими элементами — серой, фосфором, кремнием, мышьяком, марганцем (обычно в чугуне содержится не менее 90% железа, а остальные 10% приходятся на углерод и перечисленные выше сопутствующие элементы). [c.348]

Сталь является сплавом железа с углеродом (углерода менее 1,7%), содержащем, кроме того, некоторые количества кремния, марганца, фосфора, серы. Обычно в стали допускается содержание сопутствующих элементов в строго ограниченных количествах, например 51[c.349]

Следует также отметить, что металлы могут образовывать сплавы не только друг с другом, но и с некоторыми металлоидами. Например, чугун и сталь представляют собой сплавы железа с углеродом. [c.308]

Массовая доля вещества в навеске – величина безразмерная нанример, массовая доля железа в чугуне (сплаве железа с углеродом) может составлять 0,965, т.е. = 0,965. [c.25]

Одним из важнейших свойств металлов является их способность к образованию сплавов. Расплавленные металлы взаимно растворяются друг в друге, образуя при затвердевании твердые смеси — сплавы. В настоящее время металлическим сплавом называется фаза или комплекс фаз, образующихся при сплавлении металлов (иногда неметаллов), при условии сохранения металлических свойств, блеска, тепло- и электропроводности. Сплав железа и серы не есть металлический сплав, но таковым является сплав железа с углеродом. В металлических сплавах сохраняются металлические связи, т. е. наличие полусвободных электронов, образующих электронный газ. Если в результате сплавления возникают гетеро- или гомеополярные связи и полностью отсутствуют полусвободные электроны, то образуется неорганическое соединение. [c.220]

Около 90% всего добываемого марганца потребляется для изготовления легированных сталей. Поэтому из руд обычно выплавляют не чистый марганец, а высокопроцентный сплав Мп с железом и углеродом — ферромарганец (70—90% Мп). Выплавку его из смеси марганцовых и железных руд ведут в электрических печах, причем марганец восстанавливается углеродом по суммарной реакции [c.296]

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, содержащий очень незначительные примеси, которые присутствуют в литейном чугуне. Массовая доля углерода в стали может колебаться в пределах от 0,1 до 1,5%. С увеличением содержания углерода прочность сталей увеличивается. Исходным сырьем для получения сталей служит доменный чугун. В промышленности для переработки чугуна в сталь применяют, в основном, три метода бессемеровский, мартеновский и варку стали в электропечах. [c.265]

Чугун— сплав железа с углеродом (> 2 %), кремнием, марганцем, фосфором и серой (см. 7.10). По сравнению с чистым железом он очень тверд и хрупок. [c.156]

Исключительное по важности значение в металлохимии самого железа имеют взаимодействия в системе железо — углерод, поскольку сплавы железа с углеродом составляют основу черной металлургии. При карботермическом восстановлении железа из оксидных руд (доменный процесс) образуется не чистое железо, а чугун. Особенности взаимодействия в системе Fe—С наглядно отражаются диаграммой состояния (рис. 61). Геометрический строй диаграммы со стороны железа определяется тремя полиморфными модификациями a-Fe, 7-Fe и б-Fe, поскольку переход aT не связан с наличием тепловых эффектов и не отражается на диаграмме. Углерод в железе образует твердые растворы внедрения, области которых на диаграмме обозначены как а, 7, б. Самая большая растворимость углерода — в y-Fe. Этот твердый раствор называется аустенитом. Области твердых растворов углерода в а- и б-Fe, называемые -и б-фер-ритами, значительно меньше. [c.413]

Получают ферросплавы совместным восстановлением оксидов железа и этих металлов. Продукт восстановления оксидов железа и хрома в электропечи представляет собой сплав, содержащий 60—65% хрома и 4—6% углерода. Ферромолибден и ферровольфрам содержат до 50% этих металлов в сплавах с железом. Ферросплавы удовлетворяют черную металлургию как материал для получения легированных сталей, так как в этом случае железо и углерод не мешают процессу легирования. [c.341]

СТАЛЬ (нем. Stahl) — ковкий сплав железа с углеродом и некоторыми примесями марганцем, кремнием, серой, фосфором и др. Если примеси добавляют специально для придания определенных свойств, сталь называется легированной, а примеси — легирующими добавками или элементами. К легирующим относятся Сг, N1, S1, Мп, V, Мо, Со, Т1, Nb, Та, А1, Zr и др. Нержавеющие стали содержат 12% и более Сг. Жаропрочные стали содержат до 27% Сг. С. производят из чугуна частичным удалением из него углерода и фосфора. Другим способом получения стали является восстановление железа из руды и введение в него требуемого количества углерода и других примесей. С. содержит углерода не более 1,7%, серы — 0,08% и фосфора – 0.09%. [c.236]

Необходимость получения больших масс железа вызывала увеличение объема доменных печей, применение каменного угля в виде кокса, содержащего большое количество серы. Повышение температуры доменного процесса позволило получать готовый продукт — чугун — в жидком состоянии, обеспечивая этим непрерывность процесса. Однако чугун — это сплав железа с углеродом растворяя в себе углерод, железо понижает свою температуру плавления и одновременно насыщается рядом примесей (Мп, 31, 8, Р), из которых сера и фосфор являются вредными. [c.362]

В, Fe /Fe +0,771 В. Жидкое Ж. неограниченно растворяет А1, Си, Мп, Ni, Со, Si, Ti, хорошо растворяет V, Сг и Pt, ограниченно-Мо, Sn, С, S, Р, As, Hj, Nj, 02,не растворяет Pb, Ag, Bi. С углеродом образует твердые р-ры внедрения-феррит и мартенсит с а-Ре, аустенит с у-Ре. В железа сплавах углерод прнсутствует также в внде графита и цементита Pej (см. табл.). В зависимости от содержания С в Ж. различают мягкое Ж. ([c.140]

Чистое железо не очень твердое. Однако в процессе плавки железо может вобрать в себя столько углерода из древесного угля, что в результате образуется поверхностный слой сплава железа и углерода, называемого сталью. Этот сплав тверже самой лучшей бронзы, и изготовленный из него наконечник после заточки долга остается острым. Получение стали явилось поворотным моментом в-нстории развития металлургии и в истории развития общества. Наступил железный век. [c.12]

Металлические и металлоподобные соединения. Подобно другим d-элелентам,. железо с малоактивными неметаллами образует соединения типа металлических. Так, с углеродом оно дает карбид состава Fej (потентат), твердые растворы аустенит — раствор С и -Ре феррит. — раствор С в а-Ре), эвтектические смеси (железа с углеродом, цементита с аустенитом, железа с цементитом и др.). Изучение условий образования и свойств соединений железа с углеродом имеет большое значение для понимания структуры, состава и свойств железоуглеродистых сплавов. В зависимости от условий кристаллизации и состава расплава Ре—С структура и соотношения компонентов существенно меняются, а следовательно, изменяются и физико-химические свойства получаемых сплавов. [c.583]

Уг л е р о д н с т ы е стали — это сплавы железа с углеродом, причем содержание последнего не превышает 2,14%. Однако в углеродистой стали промышленного пронзводстп.з все1 да имеются примеси миогих элементов. Присутствие одних примесей обусловлено особенностями производства стали например, при раскислении (см. стр. 682) в сталь вводят небольшие количества марганца или кремния, которые частично переходят в шлак в виде оксидов, а частично остаются в стали. Присутствие друп х примесей обусловлено тем, что они содержатся в исходной руде и в малых количествах переходят в чугун, а затем и в сталь. Полностью избавиться от них трудно. Вследствие этого, например, углеродистые стали обычно содержат 0,05—О,Р/о фосфора н серы. [c.685]

Теоретические представления о структуре, фазовых превращениях, взаимодействии железа и углерода в железо-углеродистых сплавах гюстоянно совершенствуются и уточняются с появление.м новых результатов исследований в этой области. Так, в связи с обнаружением фуллеренов в структуре железоуглеродистых сплавов, отличающихся количеством и формой углерода, возникла необходимость проведения целого комплекса исследований, начиная с первой стадии получения твердого состояния – первичной кристаллизации, т.е. с процесса литья. [c.52]

Предлагается новое объяснение взаимодействия железа и углерода в жслезо-углеродистьгх сплавах. Приведешь результаты масс-и ПК-спектроскопии осадков проб, полученных при растворении кислотами серого чугуна. Показано, что в его составе присутствуют углеродные скопления в виде фуллеренов, что подтверждает предложенную модель фуллеренного строения железо-углеродистых сплавов. [c.2]

В железо-углеродистых сплавах основными компонентами являются железо и углерод. Железо – металл IV периода VIII группы периодической системы. Атомный номер 26, атомная масса 55.85, атомный радиус 0.126 нм, плотность 0.126 г/см . Температура плавления 1539 С. Углерод – неметаллический элемент 11 периода IV группы периодической системы, атомный номер 6, атомная масса 12, [c.17]

Проведенные исследова1шя на примере серого чугуна показали, что в структуре железо-углеродистых сплавов присутствуют углеродные скопления в виде фуллеренов. Таким образом подтверждается выдвинутая нами гипотеза о фуллеренной модели образования структуры железо-углеродистых сплавов. Разработанная нами модель позволяег достаточно убедительно объяснить взаи.модействие железа и углерода в процессе фазовых превращений при о.члаждении сплавов, появление дефектов кристаллического строения, механизм разрушения. [c.32]

Диаграмма состояния системы железо — углерод дает возможность рационально классифицировать технические сплавы железа с углеродом на стали и чугуны. Сталями называются сплавы, содержащие до 1,7% углерода, т. е. такие, которые не содержат эвтектики у+РезС, называемой ледебуритом. Сплавы с содержанием углерода больше 1,7% называют чугунами. В них присутствует эвтектика ледебурит. [c.274]

Углеродистая сталь – Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Углеродистая сталь или углеродистая сталь – это металлический сплав. Это комбинация двух элементов: железа и углерода. Другие элементы присутствуют в слишком малых количествах, чтобы повлиять на его свойства. Единственными другими элементами, разрешенными в углеродистой стали, являются: марганец (максимум 1,65%), кремний (максимум 0,60%) и медь (максимум 0,60%). Сталь с низким содержанием углерода имеет те же свойства, что и железо, она мягкая, но легко формируется.Чем больше углерода, тем больше металл приобретает твердость и прочность, но становится менее пластичным и труднее поддается сварке. Более высокое содержание углерода снижает температуру плавления стали и ее термостойкость в целом.

Типичные составы углерода:

Мягкая (низкоуглеродистая) сталь : содержание углерода примерно 0,3% с содержанием марганца до 0,4%. ^[1] (например, сталь AISI 1018). Менее прочный, но дешевый и простой в формовании; твердость поверхности можно повысить за счет науглероживания.^[2]
Среднеуглеродистая сталь : содержание углерода приблизительно от 0,30% до 0,45% с содержанием марганца от 0,60 до 1,65%. ^[1] (например, сталь AISI 1040). Уравновешивает пластичность и прочность, обладает хорошей износостойкостью; Используется для крупногабаритных деталей, ковки и автозапчастей. ^[3]
Высокоуглеродистая сталь : содержание углерода приблизительно от 0,45% до 0,75% с содержанием марганца от 0,30 до 0,90%. ^[1] Очень прочный, применяется для пружин и высокопрочной проволоки.^[4]
Очень высокоуглеродистая сталь : содержание углерода до 1,5%, специально обработанная для получения определенных атомных и молекулярных микроструктур. ^[1]

Сталь может подвергаться термообработке, что позволяет изготавливать детали в мягком состоянии, который легко преодолевать. Если присутствует достаточно углерода, сплав можно упрочнить для повышения прочности, износостойкости и ударопрочности. Стали часто обрабатывают методами холодной обработки, то есть формованием металла путем деформации при низкой равновесной или метастабильной температуре.

Мягкая сталь является наиболее распространенной формой стали, поскольку ее цена относительно невысока, а свойства материала приемлемы для многих областей применения. Низкоуглеродистая сталь имеет низкое содержание углерода (до 0,3%) и поэтому не является ни чрезвычайно хрупкой, ни пластичной. При нагревании он становится пластичным, поэтому его можно выковать. Он также часто используется там, где необходимо формовать большое количество стали, например, в качестве конструкционной стали. Плотность этого металла составляет 7861,093 кг / м³ (0,284 фунта / дюйм³), а предел прочности на разрыв составляет максимум 500 МПа (72500 фунтов на кв. Дюйм).

Углеродистые стали , которые могут успешно подвергаться термообработке, имеют содержание углерода в диапазоне 0.От 30% до 1,70% по весу. Следы примесей различных других элементов могут существенно повлиять на качество получаемой стали. Из-за небольшого количества серы сталь становится «красной», что является недостатком: сталь хрупкая и рассыпчатая. Низколегированная углеродистая сталь, такая как марка A36, содержит около 0,05% серы и плавится при температуре около 1426–1538 ° C (2600–2800 ° F). ^[5] Марганец часто добавляют для улучшения прокаливаемости низкоуглеродистых сталей. Эти добавки превращают этот материал в низколегированную сталь по некоторым определениям, но определение углеродистой стали, данное AISI, допускает до 1.65% марганца по весу.

Закаленная сталь обычно относится к закаленной или закаленной и отпущенной стали.

Серебристая сталь или высокоуглеродистая полированная сталь получила свое название из-за своего внешнего вида из-за высокого содержания углерода. Это очень высокоуглеродистая сталь, или ее можно рассматривать как одну из лучших высокоуглеродистых сталей. Он определен в соответствии со стандартами спецификации стали BS-1407. Это инструментальная сталь с 1% углерода, которую можно шлифовать с жесткими допусками. Обычно диапазон углерода составляет минимум 1.10%, но достигает 1,20%. Он также содержит микроэлементы 0,35% Mn (диапазон 0,30% -0,40%), 0,40% Cr (диапазон 0,4-0,5%), 0,30% Si (диапазон 0,1-0,3%), а также иногда серу (максимум 0,035%). ) и фосфор (не более 0,035%). Серебряная сталь иногда используется для изготовления опасной бритвы из-за ее способности образовывать и удерживать тонкие лезвия.

Фазовая диаграмма железо-углерод, показывающая диапазоны температуры и углерода для определенных типов термообработки.

Целью термической обработки углеродистой стали с простым покрытием является изменение механических свойств стали, обычно пластичности, твердости, предела текучести и ударопрочности.

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 Классификация углеродистых и низколегированных сталей
↑ Страница «Основы инженерии» по низкоуглеродистой стали
↑ Страница «Основы инженерии» по среднеуглеродистой стали
↑ Страница «Основы инженерии» по высокоуглеродистой стали
↑ «Статья Ameristeel об углеродистой стали» (PDF). Архивировано из оригинального (PDF) 18 октября 2006 года. Проверено 29 мая 2009.

Оберг, Э. et al. , (1996). “Справочник по машинному оборудованию”, 25-е изд., Industrial Press Inc.
Smith, W.F. И Хашеми Дж. (2006). «Основы материаловедения и инженерии», 4-е изд., McGraw-Hill.

Углеродистая сталь – Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Углеродистая сталь или углеродистая сталь – это металлический сплав. Это комбинация двух элементов: железа и углерода. Другие элементы присутствуют в слишком малых количествах, чтобы повлиять на его свойства.Единственными другими элементами, разрешенными в углеродистой стали, являются: марганец (максимум 1,65%), кремний (максимум 0,60%) и медь (максимум 0,60%). Сталь с низким содержанием углерода имеет те же свойства, что и железо, она мягкая, но легко формируется. Чем больше углерода, тем больше металл приобретает твердость и прочность, но становится менее пластичным и труднее поддается сварке. Более высокое содержание углерода снижает температуру плавления стали и ее термостойкость в целом.

Типичные составы углерода:

Мягкая (низкоуглеродистая) сталь : приблизительно 0.Содержание углерода 3% с содержанием марганца до 0,4% ^[1] (например, сталь AISI 1018). Менее прочный, но дешевый и простой в формовании; твердость поверхности можно повысить за счет науглероживания. ^[2]
Среднеуглеродистая сталь : содержание углерода приблизительно от 0,30% до 0,45% с содержанием марганца от 0,60 до 1,65%. ^[1] (например, сталь AISI 1040). Уравновешивает пластичность и прочность, обладает хорошей износостойкостью; Используется для крупногабаритных деталей, ковки и автозапчастей. ^[3]
Высокоуглеродистая сталь : примерно 0.Содержание углерода от 45% до 0,75% с содержанием марганца от 0,30 до 0,90%. ^[1] Очень прочный, применяется для пружин и высокопрочной проволоки. ^[4]
Очень высокоуглеродистая сталь : содержание углерода до 1,5%, специально обработанная для получения определенных атомных и молекулярных микроструктур. ^[1]

Сталь может подвергаться термообработке, что позволяет изготавливать детали в мягком состоянии, который легко преодолевать. Если присутствует достаточно углерода, сплав можно упрочнить для повышения прочности, износостойкости и ударопрочности.Стали часто обрабатывают методами холодной обработки, то есть формованием металла путем деформации при низкой равновесной или метастабильной температуре.

Мягкая сталь является наиболее распространенной формой стали, поскольку ее цена относительно невысока, а свойства материала приемлемы для многих областей применения. Низкоуглеродистая сталь имеет низкое содержание углерода (до 0,3%) и поэтому не является ни чрезвычайно хрупкой, ни пластичной. При нагревании он становится пластичным, поэтому его можно выковать. Он также часто используется там, где необходимо формовать большое количество стали, например, в качестве конструкционной стали.Плотность этого металла составляет 7861,093 кг / м³ (0,284 фунта / дюйм³), а предел прочности на разрыв составляет максимум 500 МПа (72500 фунтов на кв. Дюйм).

Углеродистые стали , которые могут успешно подвергаться термообработке, имеют содержание углерода в диапазоне от 0,30% до 1,70% по весу. Следы примесей различных других элементов могут существенно повлиять на качество получаемой стали. Из-за небольшого количества серы сталь становится «красной», что является недостатком: сталь хрупкая и рассыпчатая. Низколегированная углеродистая сталь, такая как марка А36, содержит около 0.05% серы и плавится около 1426–1538 ° C (2600–2800 ° F). ^[5] Марганец часто добавляют для улучшения прокаливаемости низкоуглеродистых сталей. Эти добавки превращают материал в низколегированную сталь по некоторым определениям, но определение углеродистой стали AISI допускает до 1,65% марганца по весу.

Закаленная сталь обычно относится к закаленной или закаленной и отпущенной стали.

Серебристая сталь или высокоуглеродистая полированная сталь получила свое название из-за своего внешнего вида из-за высокого содержания углерода.Это очень высокоуглеродистая сталь, или ее можно рассматривать как одну из лучших высокоуглеродистых сталей. Он определен в соответствии со стандартами спецификации стали BS-1407. Это инструментальная сталь с 1% углерода, которую можно шлифовать с жесткими допусками. Обычно содержание углерода составляет минимум 1,10%, но достигает 1,20%. Он также содержит микроэлементы 0,35% Mn (диапазон 0,30% -0,40%), 0,40% Cr (диапазон 0,4-0,5%), 0,30% Si (диапазон 0,1-0,3%), а также иногда серу (максимум 0,035%). ) и фосфор (не более 0,035%). Серебряная сталь иногда используется для изготовления опасной бритвы из-за ее способности образовывать и удерживать тонкие лезвия.

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 Классификация углеродистых и низколегированных сталей
↑ Страница «Основы инженерии» по низкоуглеродистой стали
↑ Страница «Основы инженерии» по среднеуглеродистой стали
↑ Страница «Основы инженерии» по высокоуглеродистой стали
↑ «Статья Ameristeel об углеродистой стали» (PDF).Архивировано из оригинального (PDF) 18 октября 2006 года. Проверено 29 мая 2009.

Оберг, Э. и др. , (1996). “Справочник по машинному оборудованию”, 25-е изд., Industrial Press Inc.
Smith, W.F. И Хашеми Дж. (2006). «Основы материаловедения и инженерии», 4-е изд., McGraw-Hill.

Углеродистая сталь – Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Углеродистая сталь или углеродистая сталь – это металлический сплав.Это комбинация двух элементов: железа и углерода. Другие элементы присутствуют в слишком малых количествах, чтобы повлиять на его свойства. Единственными другими элементами, разрешенными в углеродистой стали, являются: марганец (максимум 1,65%), кремний (максимум 0,60%) и медь (максимум 0,60%). Сталь с низким содержанием углерода имеет те же свойства, что и железо, она мягкая, но легко формируется. Чем больше углерода, тем больше металл приобретает твердость и прочность, но становится менее пластичным и труднее поддается сварке. Более высокое содержание углерода снижает температуру плавления стали и ее термостойкость в целом.

Типичные составы углерода:

Мягкая (низкоуглеродистая) сталь : содержание углерода примерно 0,3% с содержанием марганца до 0,4%. ^[1] (например, сталь AISI 1018). Менее прочный, но дешевый и простой в формовании; твердость поверхности можно повысить за счет науглероживания. ^[2]
Среднеуглеродистая сталь : содержание углерода приблизительно от 0,30% до 0,45% с содержанием марганца от 0,60 до 1,65%. ^[1] (например, сталь AISI 1040).Уравновешивает пластичность и прочность, обладает хорошей износостойкостью; Используется для крупногабаритных деталей, ковки и автозапчастей. ^[3]
Высокоуглеродистая сталь : содержание углерода приблизительно от 0,45% до 0,75% с содержанием марганца от 0,30 до 0,90%. ^[1] Очень прочный, применяется для пружин и высокопрочной проволоки. ^[4]
Очень высокоуглеродистая сталь : содержание углерода до 1,5%, специально обработанная для получения определенных атомных и молекулярных микроструктур. ^[1]

Сталь может подвергаться термообработке, что позволяет изготавливать детали в мягком состоянии, который легко преодолевать.Если присутствует достаточно углерода, сплав можно упрочнить для повышения прочности, износостойкости и ударопрочности. Стали часто обрабатывают методами холодной обработки, то есть формованием металла путем деформации при низкой равновесной или метастабильной температуре.

Мягкая сталь является наиболее распространенной формой стали, поскольку ее цена относительно невысока, а свойства материала приемлемы для многих областей применения. Низкоуглеродистая сталь имеет низкое содержание углерода (до 0,3%) и поэтому не является ни чрезвычайно хрупкой, ни пластичной.При нагревании он становится пластичным, поэтому его можно выковать. Он также часто используется там, где необходимо формовать большое количество стали, например, в качестве конструкционной стали. Плотность этого металла составляет 7861,093 кг / м³ (0,284 фунта / дюйм³), а предел прочности на разрыв составляет максимум 500 МПа (72500 фунтов на кв. Дюйм).

Углеродистые стали , которые могут успешно подвергаться термообработке, имеют содержание углерода в диапазоне от 0,30% до 1,70% по весу. Следы примесей различных других элементов могут существенно повлиять на качество получаемой стали.Из-за небольшого количества серы сталь становится «красной», что является недостатком: сталь хрупкая и рассыпчатая. Низколегированная углеродистая сталь, такая как марка A36, содержит около 0,05% серы и плавится при температуре около 1426–1538 ° C (2600–2800 ° F). ^[5] Марганец часто добавляют для улучшения прокаливаемости низкоуглеродистых сталей. Эти добавки превращают материал в низколегированную сталь по некоторым определениям, но определение углеродистой стали AISI допускает до 1,65% марганца по весу.

Закаленная сталь обычно относится к закаленной или закаленной и отпущенной стали.

Серебристая сталь или высокоуглеродистая полированная сталь получила свое название из-за своего внешнего вида из-за высокого содержания углерода. Это очень высокоуглеродистая сталь, или ее можно рассматривать как одну из лучших высокоуглеродистых сталей. Он определен в соответствии со стандартами спецификации стали BS-1407. Это инструментальная сталь с 1% углерода, которую можно шлифовать с жесткими допусками. Обычно содержание углерода составляет минимум 1,10%, но достигает 1,20%. Он также содержит микроэлементы 0,35% Mn (диапазон 0,30% -0,40%), 0,40% Cr (диапазон 0.4% -0,5%), 0,30% Si (диапазон 0,1% -0,3%), а также иногда сера (максимум 0,035%) и фосфор (максимум 0,035%). Серебряная сталь иногда используется для изготовления опасной бритвы из-за ее способности образовывать и удерживать тонкие лезвия.

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 Классификация углеродистых и низколегированных сталей
↑ Страница «Основы инженерии» по низкоуглеродистой стали
↑ Страница «Основы инженерии» по среднеуглеродистой стали
↑ Страница «Основы инженерии» по высокоуглеродистой стали
↑ «Статья Ameristeel об углеродистой стали» (PDF). Архивировано из оригинального (PDF) 18 октября 2006 года. Проверено 29 мая 2009.

Оберг, Э. et al. , (1996). “Справочник по машинному оборудованию”, 25-е изд., Industrial Press Inc.
Smith, W.F. И Хашеми Дж. (2006). «Основы материаловедения и инженерии», 4-е изд., McGraw-Hill.

Свойства низкоуглеродистой и низкоуглеродистой стали

Низкоуглеродистая сталь – наименее дорогая из всех сталей и наиболее часто используемая сталь. Используемая почти во всех типах изделий из стали, низкоуглеродистая сталь поддается сварке, очень твердая и, хотя она легко ржавеет, очень долговечна.Низкоуглеродистая сталь, содержащая менее 2 процентов углерода, может намагничиваться и использоваться в большинстве проектов, требующих большого количества металла. Конструкционная прочность низкоуглеродистой стали не позволяет использовать ее для создания несущих балок и несущих балок.

Низкоуглеродистая и низкоуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая сталь, также называемая углеродистой сталью, является наиболее распространенной формой стали, поскольку ее цена относительно невысока, а свойства материала приемлемы для многих областей применения.Низкоуглеродистая сталь содержит примерно 0,05–0,15% углерода, а низкоуглеродистая сталь 0,16–0,29% углерода ; что делает его ковким и пластичным, но его нельзя упрочнить термической обработкой. Низкоуглеродистая сталь имеет относительно низкую прочность на разрыв, но она дешевая и податливая; твердость поверхности можно повысить за счет науглероживания.

Его часто используют, когда требуется большое количество стали, например, в качестве конструкционной стали. Плотность низкоуглеродистой стали составляет примерно 7,85 г / см3 (7850 кг / м3 или 0.284 фунт / дюйм3), а модуль Юнга составляет 210 ГПа (30 000 000 фунтов на квадратный дюйм) .

Низкоуглеродистые стали страдают от биения до предела текучести, когда материал имеет два предела текучести. Первый предел текучести (или верхний предел текучести) выше, чем второй, и урожайность резко падает после достижения верхнего предела текучести. Если низкоуглеродистая сталь подвергается напряжению только до некоторой точки между верхним и нижним пределом текучести, на поверхности могут образовываться полосы Людера. Низкоуглеродистые стали содержат меньше углерода, чем другие стали, и их легче деформировать в холодном состоянии, что упрощает обращение с ними.

Химический состав мягкой стали

Мягкая сталь – это углеродистая сталь, обычно содержащая максимум 0,25% углерода и 0,4% -0,7% марганца , 0,1% -0,5% Кремний и некоторые + следы других элементов, таких как фосфор, также может содержать свинец (низкоуглеродистая сталь для свободной резки) или сера (опять же, сталь для свободной резки, называемая повторно сульфированной низкоуглеродистой сталью). Этот материал используется повсюду, глядя из окна своего офиса, я вижу детали форсунок дизельного насоса, полюсные наконечники громкоговорителей, детали автоматизированного упаковочного оборудования и я Я даже не надел очки.Как это сделано, и дополнительная информация, в зависимости от возраста вашего сына, вероятно, он проводит субботнее утро в местной библиотеке, исследуя свое домашнее задание.

Что такое углеродистая сталь?

Свойства высокоуглеродистой стали.

Свяжитесь с

Какие четыре типа стали?

Сталь – это ковкий сплав чугуна с углеродом, содержащий от 0,10 до 2% углерода, что определяет уровень, до которого она может быть закалена.Иногда его дополнительно легируют марганцем, молибденом, хромом, никелем и т. Д. Для улучшения легкости его закалки и других характеристик, таких как коррозионная стойкость. Сплавы железа с углеродом, содержащие более 2% углерода, называются чугунами и не являются ковкими, за исключением специальных форм, известных как ковкий и ковкий чугун. Как металл, сталь характеризуется прочностью; устойчивость к усталости, ударам и ползучести; электрически и теплопроводящие; тяжелый; термостойкий; и довольно твердый по сравнению с другими материалами, такими как дерево, полимеры или керамика.Сталь производят путем удаления примесей из чугуна в печи.

Сталь – это сплав железа и углерода. Существует несколько различных марок стали, которые имеют уникальный химический состав, основанный на разном количестве углерода и добавленных сплавов.

По данным Всемирной ассоциации производителей стали, существует более 3500 различных марок стали, обладающих уникальными физическими, химическими и экологическими свойствами.

По сути, сталь состоит из железа и углерода.Однако именно количество углерода, а также уровень примесей и дополнительных легирующих элементов определяют свойства каждой марки стали.

Содержание углерода в стали может варьироваться от 0,1% до 1,5%, но наиболее широко используемые марки стали содержат только 0,1% -0,25% углерода. Такие элементы, как марганец, фосфор и сера, присутствуют во всех марках стали, но. Напротив, марганец оказывает благотворное воздействие; фосфор и сера вредны для прочности и долговечности стали.

При выборе типа стали, которую вы хотите купить, важно знать, что четыре различных типа стали классифицируются в зависимости от их химической структуры и физических свойств: углеродистые стали, легированные стали, нержавеющие стали и инструментальные стали. Ниже мы опишем каждый из следующих типов стали.

Дополнительные блоги и информацию о наших инженерных услугах можно найти на веб-сайте Australian General Engineering.

Углеродистая сталь

Большая часть стали, производимой ежедневно, называется углеродистой сталью.Это самый простой вид стали. В зависимости от содержания углерода его все же можно подразделить на несколько категорий.

Сталь с максимальным содержанием углерода 0,3% называется низкоуглеродистой сталью. Это самая распространенная из всех углеродистых сталей. Это дешево и очень гибко с многочисленными приложениями. По сравнению с другими видами углеродистой стали, она имеет относительно низкую прочность на разрыв, но она ковкая и пластичная. Из него делают плоские листы и полосы, которые используются в судостроении, проволоке, кузовах автомобилей и некоторых бытовых приборах.Его также можно использовать для ограждений, ворот и перил, потому что он твердый, но не хрупкий.

Когда содержание углерода составляет от 0,3% до 0,6%, она называется среднеуглеродистой сталью или мягкой сталью. Она немного прочнее, чем низкоуглеродистая сталь, и ее сложнее формовать, сваривать и резать. Его качество можно легко улучшить, добавив небольшое количество кремния и марганца. Низкоуглеродистая сталь в основном используется в зданиях и мостах в качестве осей, шестерен, валов, рельсов, трубопроводов, муфт, а также в автомобилях, холодильниках и стиральных машинах.

Высокоуглеродистая сталь также называется углеродистой инструментальной сталью и содержит от 0,6% до 1% углерода. Легко подвергается термической обработке; однако он уязвим для примесей, особенно серы, что делает сталь хрупкой и рассыпчатой при работе. Он имеет лучшую прочность на разрыв, чем два предыдущих, и используется для изготовления режущих инструментов, таких как лезвия, пуансоны, пружины и высокопрочная проволока.

Наконец, сверхвысокуглеродистая сталь содержит от 1,25% до 2% углерода и является хрупкой, но при этом очень твердой.Его нельзя подвергать холодной обработке и обычно используют для изготовления чрезвычайно твердых компонентов для режущих инструментов, крупных деталей машин, радиаторов с горячей водой и промышленных отливок. Он также более известен как «чугун».

Углеродистая сталь имеет тусклый и матовый вид и подвержена коррозии. Углеродистая сталь может содержать другие сплавы, такие как марганец, кремний и медь. Существует три основных типа углеродистой стали: низкоуглеродистая сталь, среднеуглеродистая сталь и высокоуглеродистая сталь. Низкоуглеродистая сталь является наиболее распространенной и обычно содержит менее.30% углерода. Среднеуглеродистая сталь содержит до 0,60% углерода, а также марганца и намного прочнее, чем низкоуглеродистая сталь. Высокоуглеродистая сталь содержит до 1,5% углеродистой стали и является самой прочной из категорий, и с ней часто трудно работать.

Углеродистые стали содержат следовые количества легирующих элементов и составляют 90% от общего объема производства стали. Углеродистые стали можно разделить на три группы в зависимости от содержания углерода:

Низкоуглеродистые стали / Мягкие стали содержат до 0.3% углерода.
Среднеуглеродистые стали содержат 0,3-0,6% углерода
Высокоуглеродистые стали содержат более 0,6% углерода.

Легированная сталь

Легированные стали представляют собой смесь нескольких металлов, включая никель, медь и алюминий. Легированные стали, как правило, дешевле и используются в механических работах, автомобильных деталях, трубопроводах и двигателях. Прочность и свойства легированных сталей зависят от концентрации содержащихся в них элементов.

Легированные стали содержат легирующие элементы (например,грамм. марганец, кремний, никель, титан, медь, хром и алюминий) в различных пропорциях для изменения свойств стали, таких как ее прокаливаемость, коррозионная стойкость, прочность, формуемость, свариваемость или пластичность. Применения легированной стали включают трубопроводы, автозапчасти, трансформаторы, генераторы и электродвигатели.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь блестящая, устойчивая к коррозии и используется во многих продуктах, включая бытовую технику, фартуки и кухонные принадлежности.Она имеет низкое содержание углерода. Нержавеющая сталь содержит сплав хрома, а также может включать никель или молибден. Нержавеющая сталь прочна и выдерживает высокие температуры. Существует более 100 марок нержавеющей стали, что делает ее чрезвычайно универсальным материалом, который можно настроить в зависимости от ваших целей.

Нержавеющие стали обычно содержат от 10 до 20% хрома в качестве основного легирующего элемента и ценятся за высокую коррозионную стойкость. Сталь, содержащая более 11% хрома, примерно в 200 раз более устойчива к коррозии, чем низкоуглеродистая сталь.Эти стали можно разделить на три группы в зависимости от их кристаллической структуры:

Аустенитные стали: аустенитные стали немагнитны и не подвергаются термообработке и обычно содержат 18% хрома, 8% никеля и менее 0,8% углерода. Аустенитные стали составляют самую большую часть мирового рынка нержавеющей стали и часто используются в пищевом оборудовании, кухонной утвари и трубопроводах.
Ферритные: Ферритные стали содержат следовые количества никеля, 12-17% хрома, менее 0.1% углерода вместе с другими легирующими элементами, такими как молибден, алюминий или титан. Эти магнитные стали не могут быть упрочнены термической обработкой, но могут быть упрочнены холодной обработкой.
Мартенситные: мартенситные стали содержат 11-17% хрома, менее 0,4% никеля и до 1,2% углерода. Эти магнитные и термообрабатываемые стали используются в ножах, режущих инструментах, а также в стоматологическом и хирургическом оборудовании.

Инструментальная сталь

Инструментальная сталь твердая, жаропрочная и устойчивая к царапанью.Они назвали инструментальные стали, потому что они часто используются для изготовления металлических инструментов, таких как инструменты для штамповки, резки и изготовления пресс-форм. Инструментальные стали состоят из ванадия, кобальта, молибдена и вольфрама в различных количествах, что улучшает их долговечность и жаропрочность. Их также обычно используют для изготовления молотков. Существует несколько различных марок стали, которые можно использовать для различных целей.

Инструментальная сталь

содержит вольфрам, молибден, кобальт и ванадий в различных количествах для повышения термостойкости и долговечности, что делает их идеальными для режущего и сверлильного оборудования.

Стальные изделия также можно разделить по формам и областям применения:

Длинные / трубчатые изделия включают стержни и стержни, рельсы, проволоку, уголки, трубы, а также профили и секции. Эти продукты обычно используются в автомобильной и строительной отраслях.
Плоский прокат включает пластины, листы, рулоны и полосы. Эти материалы в основном используются в автомобильных деталях, бытовой технике, упаковке, судостроении и строительстве.
Прочая продукция включает клапаны, фитинги и фланцы, которые в основном используются в качестве материалов для трубопроводов.

Обычная углеродистая сталь

Обычная углеродистая сталь не содержит заметных легирующих элементов, кроме самого углерода, и, в зависимости от содержания углерода, классифицируется как низкоуглеродистая, средне- или высокоуглеродистая. Низкоуглеродистая сталь (<0,3% C) используется для изготовления заклепок, холоднотянутых деталей, таких как проволока, штамповки и т. Д. В нижних диапазонах и конструкционных профилей, шестерен, холодновкованных деталей и сварных труб в средней и верхние диапазоны. Среднеуглеродистая сталь (0,3-0,5% C) используется для изготовления шестерен, валов, шатунов, бесшовных труб и т. Д.и иногда ее называют машинной сталью. Высокоуглеродистая сталь (> 0,5% C) используется для изготовления пружин, ножей и ручных инструментов, метчиков и фрез, штампов для волочения проволоки и т. Д. И иногда ее называют инструментальной или пружинной сталью.

Простая 4-значная система нумерации AISI обозначает обычную углеродистую сталь как 10xx, причем последние цифры приблизительно соответствуют процентному содержанию углерода в металле. Обычная углеродистая низкоуглеродистая сталь, обозначенная как 1010, будет содержать, например, 0,08-0,13% углерода. Сталь для свободной обработки будет обозначена как 11xx.

Для закалки простой углеродистой стали ее необходимо быстро охладить. Это может привести к высоким остаточным напряжениям, деформации, снижению пластичности и т. Д.

Легированная сталь

Хотя содержание углерода в стали определяет степень ее закалки, некоторые легирующие элементы, добавленные в сталь, могут сделать термообработку менее травматичной, что является преимуществом, когда дело доходит до уменьшения деформации при закалке в сложных тонкостенных деталях. , Например. Термин «закаливаемость» относится к тому, насколько глубоко может быть закалена сталь, и легированные стали можно разделить на два лагеря по этому показателю: науглероживающая сталь, которая в основном твердеет у поверхности, и сталь со сквозной закалкой, которая может распространять закалку на сердцевину металла. .

В системе нумерации AISI марганцевые стали обозначаются как 13xx, никелевые стали, 2xxx, хромоникелевые стали, 3xxx, молибденовые стали, 4xxx и т. Д. До 9xxx для кремний-марганцевых сталей.

Закалка легированных сталей обычно может проводиться в масле для более медленной закалки, чем закалка в воде, как это требуется для простых углеродистых сталей. Это может уменьшить деформацию и позволить упрочнению проникнуть глубже в сердцевину материала.

Низколегированная сталь

Иногда его называют HSLA, или высокопрочной низколегированной сталью, этот металл обладает повышенной прочностью по сравнению с обычными углеродистыми сталями и используется в условиях, когда вес является важным фактором, например, в мобильном оборудовании.Хорошо деформируется в холодном состоянии и легко сваривается. Она обладает лучшей устойчивостью к коррозии, чем обычная сталь, а также хорошей стойкостью к ударам, усталости и истиранию.

Прочие низколегированные стали с такими обозначениями, как HY 80 и HY 90, используются для корпусов судов и внедорожного оборудования. Тем не менее, другие низколегированные стали доступны для определенных условий, таких как низкотемпературная ударная вязкость или для создания защитных, атмосферостойких слоев на декоративной стали, используемой для фасадов зданий.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь – это сплав железа и хрома, содержащий от 10 до 30% хрома, что придает металлу высокую устойчивость к коррозии.Хотя существует множество марок нержавеющей стали, регулярно используются только дюжина или около того. Например, нержавеющая сталь AISI типа 304, содержащая хромоникелевый компонент и низкоуглеродистую, популярна благодаря своей хорошей коррозионной стойкости, чистоте и формуемости, что делает ее популярной для многих предметов повседневного обихода, таких как кухонные раковины. Нержавеющая сталь AISI типа 316, содержащая легирующий элемент молибден, даже более устойчива к химическому воздействию, чем тип 304, что делает его пригодным для воздействия морской воды, рассола, серной кислоты и других коррозионных веществ, встречающихся в промышленной среде.

Изделия из легированной стали и их применение

Существуют сотни продуктов, которые могут быть изготовлены из легированных сталей различного состава. Сюда входят трубы и трубки из легированной стали, пластины, листы и рулоны из легированной стали, прутки из легированной стали, прутки и проволока, кованые фитинги из легированной стали, стыковые фитинги из легированной стали, фланцы из легированной стали, крепежные детали и многое другое. Легированные стали находят широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, горнодобывающая промышленность, машины и оборудование, железные дороги, дороги.

Три основные категории нержавеющей стали

Хотя существуют тысячи различных сплавов нержавеющей стали, все они могут быть разделены на три большие категории:

Аустенитная нержавеющая сталь

Это наиболее часто используемые типы нержавеющих сталей. Аустенитные нержавеющие стали обычно имеют более высокое содержание хрома по сравнению с другими стальными сплавами, что придает им более высокую устойчивость к коррозии. Другой общей характеристикой аустенитных сплавов нержавеющей стали является то, что они имеют тенденцию быть немагнитными, хотя они могут стать магнитными после холодной обработки.

Ферритные нержавеющие стали

Вторая по распространенности форма нержавеющей стали после аустенитных сплавов. Как следует из названия, ферритная нержавеющая сталь является магнитной. Эти сплавы можно упрочнить путем холодной обработки. Они также имеют тенденцию быть менее дорогими из-за пониженного содержания никеля.

Мартенситные нержавеющие стали

Наименее распространенная категория сплавов нержавеющей стали. Их коррозионная стойкость обычно ниже, чем у ферритных или аустенитных сплавов, но они обладают высокой твердостью.Мартенситные сплавы нержавеющей стали часто идеальны для применений, требующих чрезвычайно высокой прочности на разрыв и ударопрочности. Когда указанные области применения также требуют коррозионной стойкости, эти сплавы могут использоваться с защитным полимерным покрытием.

В каждой категории имеется множество марок нержавеющей стали – вот разбивка наиболее распространенных разновидностей каждой из них:

Общие типы аустенитных нержавеющих сталей

Нержавеющая сталь марки 304

Наиболее распространенная разновидность нержавеющей стали, которая часто используется в конструкциях проволочных корзин Marlin Steel’sSteel по индивидуальному заказу из-за ее универсальности.Даже среди стальных сплавов нержавеющая сталь марки 304 примечательна своей высокой прочностью на растяжение – примерно 621 МПа (90 тыс. Фунтов на квадратный дюйм). Как и большинство нержавеющих сталей, марка 304 имеет высокую максимальную рабочую температуру (около 870 ° C). Такое сочетание высокой прочности на разрыв, термостойкости и коррозионной стойкости делает нержавеющую сталь марки 304 идеальной для самых разных областей применения.

Нержавеющая сталь марки 316

Другая распространенная разновидность аустенитной нержавеющей стали, нержавеющая сталь марки 316, имеет высокий предел прочности на разрыв 579 МПа (84 тыс. Фунтов на квадратный дюйм) и максимальную рабочую температуру около 800 ° C (1472 ° F).Обладая более низким пределом прочности на разрыв и температурным допуском, чем нержавеющая сталь марки 304, нержавеющая сталь марки 316 имеет лучшую стойкость к хлоридам (например, соли), чем сплав 304. Это делает его предпочтительным выбором для любого применения, связанного с воздействием соли или других хлоридов.

Ферритные нержавеющие стали

Нержавеющая сталь класса 430

Нержавеющая сталь марки 430, хотя и не такая прочная, как любой из перечисленных выше аустенитных сплавов, обладает особенно хорошей стойкостью к азотной кислоте.Хотя предел прочности на разрыв 450 МПа (65 тыс. Фунтов на квадратный дюйм) ниже, чем у аустенитных нержавеющих сталей, его все же более чем достаточно для многих тяжелых условий эксплуатации.

Нержавеющая сталь класса 434

Более прочная альтернатива нержавеющей стали марки 430, нержавеющая сталь 434 имеет предел прочности на разрыв 540 МПа (78 тысяч фунтов / кв. Дюйм) и максимальную рабочую температуру 815 ° C (1499 ° F). Это делает нержавеющую сталь сорта 434 немного лучше для высокотемпературных применений, чем нержавеющую сталь 316, но при этом более жесткую, чем нержавеющая сталь марки 430.Нержавеющая сталь сорта 434 также обладает превосходной стойкостью к питтингу по сравнению с нержавеющей сталью класса 430.

Мартенситная нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь класса 420

После отжига нержавеющая сталь марки 420 имеет предел прочности на разрыв около 586 МПа (85 тыс. Фунтов на квадратный дюйм). После затвердевания и снятия напряжений предел прочности материала на растяжение возрастает примерно до 1586 МПа (230 тыс. Фунтов на квадратный дюйм). Хотя нержавеющая сталь марки 420 не такая химически стойкая, как упомянутые выше аустенитные и ферритные нержавеющие стали, она обладает хорошей стойкостью к слабым кислотам, воде, некоторым щелочам и пищевым соединениям, поэтому ее часто используют для изготовления столовых приборов.Когда прочность на разрыв и ударопрочность являются первоочередными задачами для применения, лучшим выбором будет нержавеющая сталь 420.

Сталь заняла свое место во многих отраслях промышленности. Это основа многих вещей, потому что она составляет большую часть оборудования, которое используют люди. Благодаря разнообразию видов стали обязательно найдется что-то, что удовлетворит все ваши потребности.

Дополнительные блоги и информацию о наших инженерных услугах можно найти на веб-сайте Australian General Engineering.

Типы, свойства, ограничения, легирующие элементы

Что такое сталь? Сталь

– это сплав железа, углерода и некоторых других элементов. Этими элементами являются вольфрам, молибден, хром, никель, марганец, кремний и т. Д.

Сталь – безусловно, самый важный инженерный материал. Он обладает высокой прочностью на разрыв при невысокой стоимости, что делает его подходящим выбором для строительства инструментов, мостов, кораблей, зданий и т. Д.

Стальной мост

Типы сталей

Обычная углеродистая сталь

Обычная углеродистая сталь – это сталь, которая содержит только железо и углерод.

В зависимости от процентного содержания углерода в простой углеродистой стали, ее можно разделить на три подтипа.

Низкоуглеродистая сталь
Среднеуглеродистая сталь
Высокоуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая сталь Низкоуглеродистая сталь

также известна как низкоуглеродистая сталь. Он содержит менее 0,3% углерода.

Свойства низкоуглеродистой стали

Мягкая
Хорошо обрабатывается
Пластичный
Обладает очень высокой свариваемостью
Из-за низкого содержания углерода не поддается термической обработке.

Среднеуглеродистая сталь Среднеуглеродистая сталь

также известна как машинная сталь. Он содержит от 0,3% до 0,5% углерода.

Свойства среднеуглеродистой стали

Обладает хорошей обрабатываемостью
Может упрочняться термической обработкой
Прочнее по сравнению с низкоуглеродистой сталью
Более жесткая по сравнению с низкоуглеродистой сталью

Высокоуглеродистая сталь

Высокоуглеродистая сталь также известна как твердая сталь или инструментальная сталь.Он содержит более 0,5% углерода.

Свойства высокоуглеродистой стали

Легко закаливается при термообработке
Обладает меньшей пластичностью по сравнению с низко- и среднеуглеродистой сталью
После термообработки приобретает очень высокую прочность и твердость
Трудно сваривать
Чрезмерная твердость обычно делает его хрупким

Ограничения для простой углеродистой стали

Обладает низкой прочностью на разрыв по сравнению с легированной сталью (обсуждается позже).
Не подвергается глубокому отверждению
Обладает низкой коррозионной стойкостью
Обладает плохой ударопрочностью при низких температурах

Сталь свободной резки

Свободно режущие стали обычно представляют собой углеродистую или углеродисто-марганцевую сталь с некоторым содержанием серы.Сера добавляется для улучшения обрабатываемости.

Свойства стали свободного резания

Обладает очень хорошей обрабатываемостью
Обладает меньшей пластичностью по сравнению с углеродистой сталью
Обладает меньшей ударной вязкостью по сравнению с углеродистой сталью
Плохая свариваемость

Легированная сталь

Легированные стали – это простые углеродистые стали с добавлением одного или нескольких легирующих элементов.Этими легирующими элементами могут быть вольфрам, молибден, хром, никель, марганец, кремний и т. Д. Эти легирующие элементы в достаточных количествах придают желаемые свойства, такие как износостойкость, коррозионная стойкость, магнитные и электрические свойства и т. Д.

Типы легированных сталей

Низколегированная сталь
Высоколегированная сталь

Низколегированные стали содержат от 1% до 4% легирующих элементов.

Высоколегированная сталь

содержит более 4% легирующих элементов.Примеры из нержавеющей стали и жаропрочной стали.

Свойства легированной стали

Обладает высокой прочностью
Обладает высокой твердостью
Обладает высокой прочностью
Глубокая закалка
Имеет высокую закаливаемость при термообработке
Сохраняет прочность при повышенных температурах
Обладает высокой стойкостью к окислению и коррозии по сравнению с углеродистой сталью
Сохраняет твердость при повышенных температурах

Влияние различных легирующих элементов на сталь

Кобальт: Твердость
Кремний: Высокий предел упругости
Марганец: Высокая прочность в горячекатаном или термообработанном состоянии
Ванадий: Предел прочности
Вольфрам: твердость при повышенных температурах
Хром: Твердость и прочность
Никель: Прочность и ударная вязкость
Молибден: Повышенная прочность на разрыв

Источник избранного изображения: Алисия Нейдам – https: // www.flickr.com/photos/anijdam/2491713704/in/photostream/, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=21954172

Определение физических свойств и термической обработки углеродистой стали

Углеродистая сталь

до сих пор остается самым экономичным конструкционным материалом, который вы можете найти, поскольку он …
… дешево
… магнитный
… ведет себя предсказуемо
… делает самые острые ножи
… легко формируется и / или обрабатывается
… имеет хорошую электропроводность
… имеет хорошую термостойкость
… имеет отличную стойкость к усталости
… можно сделать тверже любого другого металла
… можно сделать прочнее любого другого металла
… прочнее большинства материалов аналогичной прочности
… изготовлен из самого распространенного металлического элемента на Земле
Это также очень универсальный материал в том смысле, что вы можете взять практически любой состав и модифицировать его в соответствии с вашими наиболее строгими требованиями путем: изменения основных легирующих элементов, термообработки для упрочнения или размягчения (науглероживание, нормализация или отжиг) или деформации для повышения прочности. (деформационное упрочнение).

Самая большая проблема – низкая химическая стойкость, в том числе коррозия, по сравнению со многими другими металлами и сплавами.

Также важно помнить при закалке простых и специальных углеродистых сталей, что они вернутся к своей исходной твердости при повторном нагревании и выдержке при температуре, достаточной для проведения рекристаллизации (см. Закалка ниже). Чтобы предотвратить это, вы должны использовать легированные углеродистые стали, которые были разработаны для сохранения своих механических свойств в экстремальных условиях.

Всегда следует внимательно относиться к его CEV при выборе наиболее подходящего содержания углерода для ваших нужд, например сварка.

Если вы не металлург, вам нужно знать следующее, чтобы выбрать наиболее подходящую углеродистую сталь для ваших целей.

Углеродистая сталь

– определение

Углеродистая сталь обычно считается железоуглеродистым сплавом с содержанием углерода до 1,7%, марганца менее 1,6%, кремния менее 0,6% и менее 0.1% серы и фосфора.
Однако CalQlata определяет углеродистую сталь как сплав железа с углеродом с содержанием углерода до 1,7%, механические свойства которого определяются содержанием углерода. Таким образом, определение CalQlata включает простые, специальные легированные углеродистые стали и .

Углеродистая сталь – фазы

На рис. 1 показана типичная диаграмма равновесия основных фаз углеродистой стали при повышенных температурах. Эти фазовые изменения позволяют изменять его механические свойства посредством термической обработки (см. Термическая обработка ниже).

Рис. 1. Диаграмма равновесия стали

При комнатной температуре феррит может содержать 0,006% углерода в своей структуре кристаллической решетки с центральным кубом (ОЦК) до температуры 723 ° C, где его углеродная способность повышается до 0,03%.
Сразу при температуре выше 723 ° C железо становится аустенитом с кубическим центром граней (FCC), который может содержать до 0,83% углерода и увеличивается с повышением температуры.
Этот скачок несущей способности углерода возможен, потому что атомный радиус углерода на 58% меньше, чем у железа (71 и 123 мкм соответственно), что позволяет большему количеству атомов углерода удобно располагаться внутри доступных пространств в менее плотно упакованной структуре FCC.Аустенит может также содержать в растворе 0,87% углерода, что в сумме составляет 1,7%.

Если добавить в расплав более 1,7% углерода, избыток углерода будет выходить из раствора по мере затвердевания металла и либо всплывать на поверхности расплавленного чугуна в виде шлака, либо собираться в виде примесей в структуре во время охлаждения, что делает материал очень хрупким. и склонны к переломам.

Весь аустенит, содержащий 0,83% углерода, станет перлитом (эвтектоидной сталью) при охлаждении ниже 723 ° C.
Если общая смесь железа с углеродом содержит менее 0,83% углерода, избыточное железо образует феррит, который вместе с перлитом составляет «доэвтектоидную» сталь.
Избыточный углерод в растворе в аустените, содержащий более 0,83%, будет соединяться с железом с образованием цементита, когда он охлаждается между верхней границей «100% аустенита» и 723 ° C, создавая заэвтектоидный композит перлита и цементита (рис. 3).
Чем больше цементита, тем тверже металл, чем больше феррита, тем он мягче.

Механические свойства стали определяются скоростью, с которой происходит это фазовое изменение, и процентным содержанием углерода в смеси.

Железо-углерод в перлит-цементит

Ниже приводится расчет для определения количества карбидов цементита на перлитный модуль в стали с 1,7% углерода, основанный на следующих предположениях:
1) процент углерода означает массу углерода по отношению к массе железа
2) перлит состоит из чередующихся слоев феррита и цементита в повторяющемся узоре
3) единичный перлитный модуль – это наименьшее целое число атомов железа и углерода, которые вместе составляют ≈0.83% углерода
4) базовый ферритовый модуль состоит из 3 атомов железа
5) одиночный карбид цементита состоит из трех атомов железа и одного атома углерода
6) ОЗУ одного атома железа составляет 55,847, а ОЗУ одного атома углерода составляет 12,0107

Наименьший перлитный модуль, соответствующий требованиям 2, 3 и 4 выше, состоит из 3 атомов углерода и 78 атомов железа ([3 x 12,0107] ÷ [78 x 55,847] = 0,827170663%)

При 1,7% углерода количество карбидов цементита помимо перлита рассчитывается следующим образом:
масса углерода ÷ масса железа = 0.017
то есть: (12,0107 x [3 + n]) ÷ (55,847 x [78 + 3xn]) = 0,017 или n = 4,149632693
Таким образом, каждый перлитный модуль в стали при комнатной температуре с 1,7% углерода содержит 4,15 карбидов цементита …
или 1 карбид цементита существует для каждого подмодуля перлита, содержащего 18,798 атомов железа и 0,723 атома углерода

CalQlata подозревает, однако, что связь между; железо и углерод, атомы и карбиды должны быть основаны на целых числах.
Следовательно, заменив n = 4,149632693 на n = 4:
Содержание углерода = (12,0107 x [3 + 4]) ÷ (55,847 x [78 + 3×4]) = 0,016727229

CalQlata заключает поэтому; что согласно историческому металлургическому опыту должно выполняться следующее:
100% перлитная сталь содержит 0,827170663% углерода по отношению к массе железа
Предельное содержание углерода для углеродистой стали составляет 1,6727229% по отношению к массе железа

Механические свойства

Существует четко определенная взаимосвязь между механическими свойствами углеродистой стали и содержанием в ней углерода, которая резюмируется следующим образом…

низкая прочность обычно применяется к:
низкое содержание углерода
горячая обработка (волочение, прокатка, ковка и др.)
высокое удлинение (пластичность)
большая толщина материала (> 2 “)
низкая твердость

высокая прочность обычно применяется к:
высокое содержание углерода
холодная обработка (волочение, прокатка, ковка и др.))
низкое удлинение (пластичность)
малая толщина материала (<2 ")
высокая твердость

низкая твердость обычно применяется к:
низкое содержание углерода
низкое содержание марганца
горячая обработка (волочение, прокатка, ковка и др.)
высокое удлинение (пластичность)
большая толщина материала (> 2 “)
низкая прочность

высокая твердость обычно применяется к:
высокое содержание углерода
высокое содержание марганца
холодная обработка (волочение, прокатка, ковка и др.))
низкое удлинение (пластичность)
малая толщина материала (<2 ")
высокая прочность

… и это соотношение применяется ко всем обычным, специальным и низколегированным углеродистым сталям.

Рис. 2. Кривые �-e для гладкой углеродистой стали

Зависимость прочности от удлинения (кривая напряжения-деформации), которая почти полностью определяется содержанием углерода в углеродистой стали, проиллюстрирована на рис. 2 путем сравнения трех марок простой углеродистой стали SAE-AISI.
Как также можно видеть на рис. 2, модуль Юнга остается неизменным независимо от содержания углерода.

Твердость увеличивается с увеличением прочности и уменьшается с увеличением удлинения. Например, монокристалл чистого железа имеет число твердости по Бринеллю менее 90, но максимальное удлинение более 45%, в то время как самая твердая из термообработанных углеродистых сталей (высокоуглеродистая хромистая инструментальная сталь) может достигать твердости по Бринеллю. число более 850, но относительное удлинение менее 0.01%

Хотя все углеродистые стали (включая чистое железо) могут подвергаться термообработке и деформационному упрочнению, простые и специальные углеродистые стали теряют свои измененные свойства со временем и температурой намного быстрее, чем легированные углеродистые стали, и поэтому используются в основном для конструкционных элементов и статических элементов. детали машин, которые работают при температуре окружающей среды или близкой к ней.

Термическая обработка

Несмотря на то, что существует множество и разнообразных причин для термической обработки углеродистой стали, наиболее распространенной и важной причиной является повышение жесткости или упрочнение ее путем принудительного фазового перехода от FCC к BCC упорядоченным или неупорядоченным образом.Это достигается путем нагревания материала до температуры, при которой аустенит (FCC) образуется естественным образом, и удерживания его там до тех пор, пока он не сформируется по всей его структуре, после чего вы:
а) быстро охладить, не допуская полного и упорядоченного изменения новой кристаллической структуры (BCC)
или;
б) медленно охладите, позволяя полностью и упорядоченно изменить новую кристаллическую структуру (BCC)

Рис. 3 представляет собой графическое изображение температурно-зависимых фаз углеродистой стали, показанных на рис. 1.

Чем быстрее охлаждается смесь железа с углеродом, тем меньше времени будет доступно для атомов для изменения положения из FCC в BCC, тем самым вызывая внутренние напряжения и приводя к получению более твердого материала с более высоким пределом текучести, чем при том же количестве углерода. из холоднокатаной стали.

Рис. 3. Фазовая диаграмма стали.

Более медленное охлаждение полностью сформированного аустенита через нижнюю критическую границу (рис. 3: 723 ° C) предоставит больше времени для миграции и рекристаллизации углерода, что приведет к получению более мягкого, прочного и менее хрупкого материала, чем при таком же количестве углерода в холоднокатаная сталь.

Хотя технические свойства всех углеродистых сталей будут меняться в зависимости от термической обработки, только легированные углеродистые стали сохранят эти искусственные уровни после продолжительного воздействия тяжелых условий эксплуатации и высоких температур за счет добавления элементов, образующих стабильные карбиды, такие как ванадий, хром и вольфрам.

Твердые высокопрочные легированные углеродистые стали, содержащие никель и / или молибден, также останутся устойчивыми к ударам.

горит

Перегрев углеродистой стали во время термообработки может вызвать обгорание поверхности (окисление и обезуглероживание), которое может проникнуть в материал корпуса через границы кристаллов.Как только это произойдет, материал нельзя отремонтировать термической обработкой, его необходимо утилизировать (переплавить). Этой проблемы можно избежать путем нагревания при упаковке извести, песка или углеродсодержащего материала.

Укрепление и отверждение

Прочность и твердость углеродистой стали повышаются за счет уменьшения размера зерна, и это достигается путем нагрева материала до уровня выше верхней критической границы (рис. 4) для образования аустенита и обеспечения достаточного времени для равномерного распределения углерода по структуре. с последующей закалкой.Эту процедуру обычно проводят при темперировании.

Рис. 4. Температуры термообработки

Сквозная закалка

Хотя сквозное упрочнение обычно применяется к легированным углеродистым сталям, оно также может происходить с тонкими профилями гладких и специальных углеродистых сталей.

Равномерный уровень сквозного упрочнения в простых и специальных углеродистых сталях толщиной более 50 мм (2 дюйма) довольно сложно достичь из-за отсутствия подходящих легирующих элементов, а также из-за того, что внутренняя часть всегда охлаждается медленнее, чем внешняя поверхность, во время закалки это обычно чтобы продолжить этот процесс для углеродистых сталей с отпуском.

Закалочная

Цементированная сталь твердая снаружи, мягкая внутри и обычно предназначена для простых и специальных углеродистых сталей.

Более толстые секции (> 50 мм) можно упрочнить просто закалкой, тогда как более тонкие секции могут привести к сквозной закалке с помощью этого процесса.

Для определенных условий и увеличенной глубины, особенно для более тонких профилей, цементация обычно достигается с помощью цементации, чем больше продолжительность, тем больше глубина закалки.

Поскольку твердость составляет всего лишь кожу, прочность и ударная вязкость обрабатываемого материала остаются практически такими же, как и до термообработки. Таким образом, цементированная углеродистая сталь может иметь гораздо большую твердость без риска хрупкого разрушения.

Проблемы с цементированной углеродистой сталью следующие:
1) Прочность корпуса не увеличена
2) Закаленный корпус легко снимается при небрежной обработке
3) После износа закаленного корпуса открытый материал будет мягким, и его нельзя будет затвердеть и подвергнуть повторной обработке без потери размеров

Рис 5.Цвета

Нормализация

Нагрейте материал в пределах диапазона нормализации, показанного на рис. 4, выдержите в течение периода времени, соответствующего его толщине, и дайте ему остыть на неподвижном воздухе.

Нормализация выполняется на углеродистой стали для оптимизации ее прочности (по всей толщине) без увеличения твердости.

Обработка поверхности после обработки нормализованной углеродистой стали будет лучше, чем у отожженной углеродистой стали, поскольку зернистая структура более мелкая.

Отжиг

Нагрейте материал в пределах диапазона отжига, показанного на рис. 4, выдержите в течение периода времени, соответствующего его толщине, и искусственно замедлите скорость его охлаждения в печи или аналогичной контролируемой среде.

Если вы недостаточно нагреете материал, не весь он превратится в аустенит, и процесс отжига не будет однородным по толщине материала.

Углеродистая сталь

подвергается отжигу для ее смягчения с целью снятия напряжений или улучшения способности к вытяжке за счет сфероидальной обработки.Отливки подвергаются отжигу для перераспределения углерода и улучшения структуры зерен, что делает их менее хрупкими.

Закалка

Повторно нагрейте закаленную сталь до соответствующей температуры (рис. 5, но всегда ниже 723 ° C), чтобы произошло некоторое перераспределение углерода и последующая рекристаллизация, а затем охладите ее закалкой.

Отпуск снижает прочность и твердость (хрупкость) материала и увеличивает ударную вязкость (удлинение и пластичность).

Закалка при температурах…
… до 230 ° C приведет к снятию напряжения только
… от 230 ° C до 400 ° C приведет к улучшению зернистой структуры
… от 400 ° C до 710 ° C снизит прочность и твердость и увеличит ударную вязкость

При отпуске выше 550 ° C происходит довольно быстрое снижение прочности, но с небольшим улучшением вязкости.

На рис. 5 показаны цвета углеродистой стали при наиболее распространенных температурах отпуска – от легких токарных инструментов до пил по дереву и пружин.

Закалка

После нагрева материала (см. «Укрепление и отверждение » выше) его охлаждают путем погружения в соль, проточную воду, масло, рассол или принудительный воздух в зависимости от толщины материала и требуемого уровня твердости.

Для упрочнения стали проводится закалка. Нагревание и закалка стали перед отжигом или нормализацией не принято.

Закалка

также проводится после отпуска (см. Закалка выше), но с использованием менее агрессивных методов, таких как масло или нагнетание воздуха.