1.
Качество стали определяется содержанием вредных примесей..
Основные вредные примеси - это сера и
фосфор. Так же к вредным примесям относятся газы ( азот, кислород, водород ).
Сера - вредная примесь - попадает в сталь
главным образом с исход- ным сырьём - чугуном. сера нерастворима в железе, она
образует с ним соединение FeS - сульфид железа. при взаимодействием с железом
образу- ется эвтектика ( Fe + FeS ) с температурой плавения 9880
С. Поэтому при нагреве стальных заготовок для пластической деормации выше 9000
С ста- ль становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовка
разрушается.
Это явление называется красноломкостью. Одним из способов
уменьшения
влияния серы является введение марганца. Соединение Mns
плавится
при 16200 С, эти включения пластичны и не вызывают краснолом- кости.
Содержание серы в сталях допускается не
более 0.06%.
Фосфор попадает в сталь главным образом
также с исходным чугуном,
используемым
также для выплавки стали. До 1.2% фосфор растворяется в
феррите,
уменьшая его пластичность. Фосфор обладает большой склоннос-
тью
к ликвации, поэтому даже при незначительном среднем количестве
фосфора
в отливке всегда могут образоваться участки, богатые фосфором.
Расположенный
вблизи границ фосфор повышает температуру перехода в
хрупкое
состояние ( хладноломкость ). Поэтому фосфор, как и сера, явля- ется вредной
примесью, содержание его в углеродистой стали допускается до 0.050%.
Скрытые примеси:
Так
называют присутствующие в стали газы - азот, кислород, водород - ввиду
сложности определения их количества. Газы попадают в сталь при её выплавки. В
твёрдой стали они могут присутствовать, либо растворяясь в феррите, либо
образуя химическое соединение (нитриды, оксиды ). Газы могут находиться и в
свободном состоянии в различных несплошностях.
Даже
в очень малых количествах азот, кислород и водород сильно ухудшают пластические
свойства стали. Содержание их в стали допускается
10-2
- 10-4 %. В результате вакуумирования стали их содержание уменьшает- ся,
свойства улучшаются.
Углеродистые инструментальные стали бывают
двух видов: качественные
и
высококачественные.
Качественные
углеродистые инструментальные стали маркируют буквой
"
У " ( углеродистая ); следующая за ней цифра ( У7, У8, У10 и т.д ) пока-
зывает среднее содержание углерода в десятых долях процента.
Высококкачественные стали дополнительно
маркируются буквой " А " в конце ( У10А ).
Инструментальные углеродистые стали:
Обладают высокой твёрдостью ( 60-65 HRC ),
прочностью и износостой- костью и применяются для изготовления различного
инструмента.
Углеродистые инструментальные стали У8 (У8А),
У10 (У10А), У11 (У11А),
У12
(У12А) и У13 (У13А) вследствие малой устойчивости переохлажденного
аустенита
имеют небольшую прокаливоемость, и поэтому эти стали приме- няют для
инструментов небольших размеров.
Для режущего инстумента ( фрезы, зенкеры,
свёрла, спиральные пилы, ша- беры, ножовки ручные, напильники, бритвы, острый
хирургический инстру- мент и т.д ) обычно применяют заэвтектоидные стали ( У10,
У11, У12 и У13 ),
у
которых после термической обработки структура - мартенсит и карбиды.
Деревообрабатывающий
инструмент, зубила, кернеры, бородки, отвёртки,
топоры
изготовляют из сталей У7 и У8, имеющих после термической обра- ботки
трооститную структуру.
Углеродистые стали в исходном (отожжённом)
состоянии имеют струк- туру зернистого перлита, низкую твердость ( HB 170-180 )
и хорошо обраба-
тываются
резанием. Температура закалки углеродистых инструментальных сталей У10-У13 должна быть 760-780 0 С, т.е
несколько выше Ас1 , но ниже
Аст
для того, чтобы в результате закалки стали получали мартенситную структуру и
сохраняли мелкое зерно и нерастворбнные частицы вторичного
цементита.
Закалку проводят в воде или водных растворах солей. Мелкий инструмент из сталей
У10-У12 для уиеньшения деформаций охлаждают в го-
рячих
средах ( ступенчатая закалка ).
Отпуск проводят при 150-1700 С для
сохранения высокой твёрдости
(
62-63 HRC ).
Сталь У7 закаливают с нагревом выше точки
Ас3 ( 800-8200 С ) и под- вергают
отпуску при 275-325 0 С ( 48-58 HRC ).
Углеродистые стали можно использовать в
качестве режущето инстру- мента только для резанья материалов с малой
скоростью, так как их высо-
кая
твёрдость сильно снижается при нагреве выше 190-200 0 С.
2. Диаграмма состояния железо-карбид железа.
Стали, содержащие от 0,8 до 2.14 % С,
называют заэвтектоидными.
В начале нагревания заэвтектоидный сплав имеет
структуру перлита и
вторичного
цементита.
При повышении температуры до 7270 С сплав
просто нагревается. В т.1 происходит эвтектоидное превращение, перлит
превращается в аустенит. От точки 1 до точки 2 сплавы имеют структуру аустенит +
вторичный цемен- тит. По мере
приближения к точки 2 концентрация углерода в аустените увеличивается согласно
линии SE.
При температурах, соответствующих линии SE (
т.2 ), аустенит оказывается насыщенным углеродом, и при повышении температуры
сплав имеет струк- туру только аустенита. До точки 3 в сплаве не происходит
никаких измене- ний, просто увиличивается температура.
При повышении температуры в точки 3 твёрдый
аустенит начинает плави- ться. Структура становится жидкость+аустенит. До точки
4 сплав продол- жает плавиться.
В точке 4 под влиянием высокой температуры
весь аустенит расплавля- ется. Структура становится - жидкость.
3. При нагреве выше температуры 7270 С число
зародышей всегда достато- чно велико и начальное зарно аустенита мелкое. Чем
выше скорость нагре- ва, тем меньше зерно аустенита, так как скорость
образования зародышей выше, чем скорость их роста.
При дальнейшем повышении температуры или
увеличении длительности
выдержки
при данной температуре происходит собирательная рекристал- лизация и зерно
увеличиается. Рост зерна, образовавшегося при нагреве до
данной
температуры, етественно, не изменяется при последующим охлажде- нии
Способность зерна аустенита к росту зерна
неодинакова даже у сталей одного марочного состава вследствие влияния условий
их выплавки.
По склонности к росту зерна разлиают два
предельных типа сталей:
наследственно
мелкозернистые и наследственно крупнозернистые.
В наследственно мелкозернистой стали при
нагреве до высоких темпера- тур ( 1000-10500 С ) зерно увеличивается
незначительно, однако при более высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В
наследственно крупнозер- нистой стали, наоборот, сильный рост зерна наблюдается
даже при незна- чительном перегреве выше 7270 С. Различная склонность к росту
зерна оп- ределяется условиями раскисления стали и её составом.
Чем меньще зерно, тем выше прочность (sв
,sт ,s-1), пластичность (d,y) и вязкость
( KCU, KCT ), ниже порог хладноломкости ( t50 ) и меньше скло- нность к
хрупкому разрушению. Уменьщая размер зерна аустенита, можно компенсировать отрицательное влияние других
механизмов упрочнения на порог хладноломкости.
Легирующие элементы, особенно
карбидообразующие ( нитридообразую- щие ) задержиают рост зерна аустенита.
Наиболее сильно действуют Ti,
V,
Nb, Zr, Al, и N, образующие трудно растворимые в аустените карбиды
(
нитриды ), которые служат барьером для роста зерна. Чем больше объ- ёмная доля
карбидов ( нитридов ) и выше их дисперстность ( меньше размер ), тем мельче
зерно аустенита. Одновременно нерастворимые кар- биды ( натриды ) оказывают
зародышное влияние на образование новых зёрен аустенита, что также приводит к
получению более мелкого зерна. Марганец и фосфор способствуют росту зерна
аустенита.
Все методы, вызывающие измельчение зерна
аустенита, - микролегирование ( V, Ti, Nb и др.), высокие скорости нагрева и
др. - повышают конструкцион- ную прочность стали.
Крупное зерно стремятся получить только в
электротехнических ( транс- форматорных ) сталях, чтобы улучшить их магнитные
свойства.