Какой химический элемент преобладает в сталях - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Какой химический элемент преобладает в сталях

Таблица хим элементов в составе стали

Расшифровка хим элементов состава стали

Займемся расшифровкой свойств химических элементов для того, чтобы понять, какое влияние оказывают химические элементы на свойства стали.

  • С – углерод. Углерод в составе стали необходим для увеличения прочности и твердости. Чем углерода больше, тем прочнее и тверже сталь. Если в составе углеродистой металлопродукции присутствует более 0,4 % углерода, то при отрицательной температуре, от нуля градусов и ниже, сталь становится, менее надежна, и более хрупка.
  • Si – кремний. Если кремний присутствует в металле в диапазоне 0,3%-0,4%, то он повышает прочность металла, а так же предел текучести, но уменьшается пластичность (уменьшается способность металла к вытяжке). Если его содержание в стали более 0,4%, то уменьшается свариваемость и стойкость к коррозии. Если кремния менее 0,3 %, пластичность металла не снижается. Кремний особенно упрочняет сталь в нержавеющем прокате – он придает ему повышение коррозионной стойкости, износостойкость и повышение упругости.
  • Mn – марганец. Если его в металле более 0,8 %, то он увеличивает прочность, упругость и износостойкость, но уменьшает теплопроводность, пластичность и свариваемость. Если его менее 0,8 %, то он не оказывает никакого существенного влияния на сталь. Так же если марганца в составе много, то можно увидеть в металлопродукции красноватый цвет (цвет марганцовки), поэтому невооруженным взглядом можно понять много ли марганца в металле или нет.
  • P – фосфор. Это вредная примесь. Если в составе более 1% Si, то фосфор вытесняется и уменьшается. Если фосфора не более 0,04%, то понижается порог хладноломкости и увеличивается риск появления трещин. Если фосфора более 0,04%, то зерна феррита становятся крупнее и склонность металла к перегреву увеличивается. Чем больше в составе Si (кремния) и Al (алюминия), тем меньше отрицательного воздействия (в особенности, уменьшается степень нагрева).
  • S – сера. Является постоянной примесью. Она негативно влияет на ударную вязкость, свариваемость и качество поверхности металлопродукции. В горячем состоянии сера приводит к снижению пластичности. Марганец уменьшает влияние вредных свойств серы.
  • Cr – хром. Повышает термическую прочность стали, увеличивает стойкость к коррозии и окислению.
  • Ni – никель. Улучшает вязкость стали и усталой прочности. В комбинации с хромом и молибденом он улучшает термическую прочность. Защищает от коррозии. Облагораживает поверхность.
  • Cu – медь. Увеличивает коррозионную сопротивляемость стали. Она повышает прочностные характеристики и уменьшает ударную вязкость и пластичность стали.
  • As – мышьяк. В количестве от 0,1-0,16% увеличивает коррозионную стойкость. В составе стали он аналогичен фосфора, но негативное воздействие его меньше. В качественных сталях допускается присутствие мышьяка не более 0,08%.
  • N – азот. Является присадкой, которая позволяет снизить содержание в стали никеля, хрома и марганца. Повышает предел текучести. Способен измельчать зерно феррита (ем меньше зерно, тем меньше способность к перегреву).
  • Al – алюминий. Изолирует металл от окисления воздухом, оказывает антикоррозионные свойства. Улучшает прочность, пластичность и упругость.
  • Mo – молибден. Придает стали большую твердость. Уменьшает отпускную хрупкость. Повышает вязкость при низкой температуре. Увеличивает стойкость к высокой температуре.
  • Ti – титан. Повышает твердость, пластичность и устойчивость к коррозии. По прочности превосходит все химические элементы в составе стали.

Выбрать лист стальной Вы можете на нашем сайте!

Так же Вы можете отправить заявку на почту: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Или позвонив нам на по телефону: + 7 343 345-11-23

Сталь

“Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы,

оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда”.

Все знаю, что сталь является важнейшим инструментальным и конструкционным материалом для всех отраслей промышленности.

Металлургическая промышленность Украины насчитывает более 50 металлургических заводов и является стратегически важной для страны. В Украине производится широкий ассортимент металлопроката, таких, как: арматура, круги, квадрат, катанка, проволока, полоса, уголок, балка, швеллер, листы, трубы и метизы.

Сталь

Рассматривая данный вопрос, начнем с химического состава.

Сталь – это соединение железо (Fe) + углерод (С) + другие элементы растворенные в железе.

Железо в чистом виде имеет очень низкую прочность, а углерод ее повышает.

Углерод улучшает и некоторые другие показатели:

  • твердость,
  • упругость,
  • устойчивость к износу,
  • выносливость.

Содержание “Fe” в стали должно быть – не менее 45%, “С”- не более 2,14% – теоретически, однако на практике % концентрации углерода имеет следующий диапазон значений:

  • Низкоуглеродистые стали – 0,1-0,13 %
  • Углеродистые стали 0,14-0,5%
  • Высокоуглеродистые – от 0,6%

Чем выше процент содержания углерода в стали , тем выше ее прочность и меньше пластичность. УГЛЕРОД – является неметаллическим элементом. Его плотность равна 2,22 г/см3, а плавится при t -3500 °С. В природе он присутствует 2х полиморфных модификаций – графит (стабильная модификация) и алмаз (метастабильная модификация), а в сплаве с железом:

  • в свободном – графит (в серых чугунах),
  • в связанном – твердое состояние -цементит.

Углерод в соединении с железом находится в состоянии цементита, т.е в химической связи с железом (Fe3C). Структура цементита может быть очень разной, а зависит она от процесса образования, содержания углерода и методов термообработок.

Углерод в свободном состоянии присутствует в сером чугуне (СЧ), в виде графита. Серый чугун имеет пористую металлическую структуру и является весьма хрупким; на нем легко появляются трещины (особенно в процессе сварки).

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-71)

Система железо- углерод

Структура стали изучается по диаграмме состояния системы железо- углерод. Она характеризует структурные превращения стали и выражает зависимость структурного состояния от температурных режимов и химического состава.

Диаграмма состояния системы железо- углерод

Диаграмма состояния содержит критические точи, которые очень важны теоретически и практически для процессов термообработки стали и их анализа. С помощью диаграммы Fe-C – можно определить вид термообработки, температурный интервал изменения структуры и прогнозировать микроструктуру.

Структуры стали

Сплавы железа с углеродом при различных температурах и различном содержании «С» имеют различную структуру, а соответственно и физические и химические свойства. Одним из таких состояний и является описанный выше цементит. А теперь о них:

Аустенит – твердая структура углерода в гамма-железе – содержит “С” до 1,7% (t > 723° С). При снижении температуры аустенит распадается на феррит и цементит и возникает пластинчатая структура – перлит.

Феррит – твердый раствор “C” в α-железа- при t> 723-768° С , концентрация “С” составляет – 0,02%, а при t 20°С около 0,006% “С”. Он очень пластичен, не тверд и имеет низкие магнитные свойства.

Цементит – карбид железа Fe3C. Концентрация «С» 6,63% . Цементит является хрупким , а его твердость – НВ760-800.

Перлит – механическая смесь феррита и цементита, образуемая при постепенном охлаждении в процессе распада аустенита. Исходя из размера частиц цементита перлит имеет различные механические свойства. Содержание «С» -0,8%.

Ледебурит (структура чугуна) – смесь образующаяся из кристаллизация жидкого сплава цементита и аустенита. Ледебурит очень твердый, но хрупкий. Концентрация “С”-4,3%

Свойства стали

Конечно, не только углерод влияет на свойства стали. Состав дополнительных элементов и их количество придают стали определенные свойства. Примеси бывают полезными и вредными. Хорошие примеси влияют исключительно на сами кристаллы, а вредные негативно воздействуют на связь кристаллов между собой. К хорошим примесям относят : марганец (Mn), кремний (Si). К плохим: фосфор (Р), серу (S), азот, кислород и другие.

Физические и механические свойства стали

Основными физическими свойствами стали являются:

  • теплоемкость;
  • теплопроводность;
  • модуль упругости.
  • Понятие модуля упругости стали (Е) заключается в соотношении твердого вещества упруго деформироваться при воздействии силы. Данная характеристика на прямую зависит от напряжения, а точнее, является производной соотношения напряжения к упругой деформации.
  • модуль сдвига (упругость при сдвиге) (G )– величина измеряемая в Паскалях (Па), определяющая упругие свойства тела или материала и их способность сопротивляться сдвигающим деформациям. Он применяется для расчета на сдвиг, срез, кручение.
  • коэффициент линейного и коэффициент объемного расширения при изменении температуры – это величина показывающая относительное изменение линейных размеров или объема материала или тела при увеличении температуры при неизменном давлении.

Основными механическими свойствами стали являются:

  • прочность
  • твердость
  • пластичность
  • упругость
  • выносливость
  • вязкость

Показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества ( ГОСТ 380-71)

Основными химическими свойствами стали являются:

  • степень окисления
  • устойчивость к коррозии
  • жаростойкость
  • жаропрочность

Качество стали определяется различными показателями всех ее свойств и структуры. Учитываются и свойства и изделий из этой стали.

По качеству стали разделяют на:

  • обыкновенного качества,
  • качественная сталь,
  • высококачественная сталь.

В данной статье мы рассматриваем только структуру стали и связанные с ней понятия. Качество стали, состав дополнительных примесей и их свойства будут рассмотрены в следующей публикации.

Сталь: виды, свойства, область применения

Сталь: виды, свойства, марки, производство

Эти сведения важны, скорее, для тех, кто решился приступить к строительству собственного жилья, и не знает какие металлоизделия подходят для этих целей. Итак, о том, что такое сталь, какие виды стали существуют, и какими свойствами обладает этот популярный на сегодняшнее время сплав, будет рассказано в строительном журнале samastroyka.ru .

Что такое сталь, и её отличие от чугуна

Железоуглеродистый сплав — это и есть всем известная сталь. Обычно доля углерода в сплаве варьируется от 0,1 до 2,14%. Увеличение концентрации углерода делает сталь хрупкой. Кроме основных компонентов в сплаве содержатся и небольшие количества магния, марганца и кремния, а так же вредных серных и фосфорных примесей.

По основным свойствам сталь и чугун очень схожи. Несмотря на это между ними существуют значительные различия:

  • сталь более прочный и твёрдый материал, нежели чугун;
  • чугун, несмотря на обманчивую массивность чугунных изделий, более лёгкий материал;
  • поскольку в составе стали ничтожно малый процент углерода, её легче обрабатывать. Для чугуна более предпочтительна отливка;
  • изделия из чугуна лучше сохраняют тепло, благодаря тому, что его теплопроводность значительно ниже чем у стали;
  • закалка металла, повышающая прочность материала, невозможна в отношении чугуна.
Читайте также:  Безрезьбовое соединение стальных труб

Достоинства и несовершенства стальных сплавов

Поскольку марок стали огромное количество, а изделий из неё ещё больше, то говорить о плюсах и минусах стали бессмысленно. Тем более, что свойства металла во многом зависят от технологий изготовления и обработки.

Вследствие этого можно только выделить несколько общих преимущественных особенностей стали, таких как:

  • прочность и твёрдость;
  • вязкость и упругость, то есть способность не деформироваться и выдерживать ударные, статические и динамические нагрузки;
  • доступность для разных способов обработки;
  • долговечность и повышенная износоустойчивость в сравнении с другими металлами;
  • доступность сырьевой базы, экономичность производственных технологий.

К сожалению, стали свойственны и некоторые минусы:

  • неустойчивость к коррозии, в том числе высокий уровень электрохимической коррозии;
  • сталь — тяжёлый металл;
  • изготовление изделий из стали производится в несколько этапов, нарушение технологии на любом из них приводит к снижению качества.

Разновидности и классификации стальных сплавов

Сегодня сложно определить количество производимых и используемых стальных сплавов. Так же не просто их классифицировать, поскольку их свойства зависят от множества параметров, таких как состав, характер и количество добавок, способы изготовления и обработки, назначения и многих других.

По качеству принято различать обычные, качественные, высококачественные и особовысококачественные стали. Доля вредных примесей является основным критерием для определения качества сплава. Для обыкновенных сталей характерны более высокие значения доли примесей, чем для особовысококачественных сплавов.

Химический состав стали. В основу производства сплавов из железа положена его способность формировать различные структурные фазы при разных температурах, так называемый полиморфизм. Благодаря этой способности, растворённые в железе примеси, образуют сплавы различных составов. Принято делить стальные сплавы на углеродистые и легированные.

Сталь по определению является сплавом железа с углеродом, от концентрации которого зависят его свойства: твёрдость, прочность, пластичность, вязкость. В составе углеродистой стали практически не содержится дополнительных добавок.

Базовые примеси — марганец, магний, и кремний содержатся в минимальных количествах, и не ухудшают её свойств и качеств. Кремний и марганец оказывают на сплав раскисляющее действие, повышают упругость, износоустойчивость, жаростойкость. Но, в случае увеличения доли являются легирующими элементами. Стали с большим содержанием марганца теряют магнитные свойства.

Значительно более вредные для обоих видов сталей примеси серы и фосфора. Сера, соединяясь с железом, способствует повышению хрупкости при обработке высокими температурами (прокат, ковка), увеличению усталости, уменьшению устойчивости к коррозии.

Фосфор, особенно при большой доле углерода в сплаве, повышает его хрупкость в обычных температурных условиях. Кроме этого, существует целая группа скрытых, неудаляющихся во время плавки вредных примесей. Эти неметаллические включения в виде азота, водорода и кислорода при горячей обработке делают металл более рыхлым.

Виды углеродистой стали

Углеродистые стали делятся на виды, которые характеризуются долей содержания углерода:

  • к высокоуглеродистым относятся сплавы с долей более 0,6 %;
  • в среднеуглеродистых сплавах концентрация углерода находится в пределах от 0,25 до 0,6 %;
  • допустимые значения, характерные для низкоуглеродистых сталей — не более 0,25 % .

Легированные стали подразделяются на:

— низколегированные, с долей легирующих добавок не более 2,5 %;

— среднелегированные, с долей дополнительных элементов до 10%;

— высоколегированные, в которых доля легирующих элементов составляет более 10%.

Легированные стали отличаются низкой концентрацией углерода и наличием различных легирующих добавок.

В соответствии с назначением стали делят на группы конструкционных, инструментальных и сталей особого назначения.

Каждая группа делится на подгруппы и виды, которые конкретизируют свойства, особенности и области применения сплавов.

К конструкционным сталям относятся:

  1. Строительные, их основное свойство — хорошая свариваемость, это низколегированные сплавы обычного качества.
  2. Для холодной штамповки используют прокат из низкоуглеродистых сплавов обычного качества.
  3. Цементуемые, применяются в изготовлении деталей с поверхностным истиранием.
  4. Высокопрочные характеризуются двойным порогом прочности относительно других конструктивных видов.
  5. Рессорно-пружинные стали с добавлением ванадия, брома, кремния, хрома и марганца, рассчитаны на длительное сохранение упругости.
  6. Шарикоподшипниковые стали с большой долей углерода и добавлением хрома, которым свойственны особая износоустойчивость, прочность и выносливость.
  7. Автоматные, в их составе присутствуют примеси серы, свинца, теллура и селена, облегчающие обработку металла станками — автоматами, на которых осуществляется производство массовых деталей
  8. Нержавеющие, к ним относятся сплавы с высоким содержанием хрома и никеля. Концентрация углерода в таких сплавах минимальна.

Виды инструментальной стали

Стали инструментального назначения имеют несколько разновидностей:

  • Используемые в производстве режущих инструментов, к ним относятся некоторые виды углеродистой, легированной и быстрорежущей стали.
  • Измерительные инструменты производятся из достаточно твёрдых сплавов, обладающих износоустойчивостью и способностью к сохранению постоянных размеров, чаще всего для этого используют закалённую и цементированную сталь.
  • Для штамповой стали характерны твёрдость, термоустойчивость и прокаливаемость. Этот вид делится на подвиды, к которым относят валковые сплавы и стали для разнотемпературной обработки.

К сталям особого назначения относят марки сталей, которые применяются в конкретных производственных областях:

  • электротехнические стали — из них производят магнитные провода;
  • суперинвары — используют в производстве высокоточных приборов;
  • жаростойкие — работают при температурах более 900 °C;
  • жаропрочные — могут работать при высоких температурах в нагруженных состояниях.

Структура стали

Концентрация углерода в сплаве определяет не только свойства металла, но и его внутреннюю структуру. К примеру, мало- и среднеуглеродистые сплавы имеют структуру, состоящую из феррита и перлита. При увеличении доли углерода начинается формирование вторичного цементита. Легирование стали тоже меняет структуру сплава.

По структуре стали могут быть:

  • перлитными — с низким содержанием легирующих добавок;
  • мартенситными — стали, имеющие пониженную критическую скорость закалки и средний уровень содержания легирующих примесей;
  • аустенитными — высоколегированные сплавы, применяемые в агрессивных средах.

Отожженные стали делятся на:

  • доэвтектоидную сталь, с концентрацией углерода менее 0,8%;
  • заэвтектоидную сталь, состоящую из перлита и цементита, применяют как инструментальную;
  • карбидную (ледебуритную) — к ней относятся быстрорежущие стали;
  • ферритную — высоколегированную сталь с низким содержанием углерода.

Способы изготовления стали и технологии

От технологии изготовления стали зависят структура этого сплава, его состав и свойства. Обычные стали производятся в мартеновских печах или конвертерах. Как правило, они насыщены значительным количеством неметаллических примесей.

Высококачественные сплавы производят с использованием электропечей. Особовысококачественные легированные стали, содержащие минимальное количество вредных примесей, производятся в процессе электрошлаковой переплавки.

При производстве сталей используют процесс раскисления, направленный на выведение кислорода из структуры сплава. От количества удалённого кислорода зависит, какие получаются стали: малораскисленные, совершенно раскисленные или полураскисленные. Их классифицируют, как кипящие, спокойные и полуспокойные.

Марки стали

Несмотря на то, что сталь однозначно признаётся самым востребованным сплавом железа, единая система маркировки её видов по настоящее время не сложилась. Наиболее проста и популярна буквенно-численная маркировка.

Качественные углеродистые стали маркируют с использованием литеры «У» и двузначным числовым значением (в сотых %) уровня углерода в их составе (У11).В марке обычных углеродистых сталей за буквой следует число, указывающее на количество углерода в десятых % — У8.

Литеры используются и в маркировке легированных сталей. Они указывают на основной элемент, применяемый для легирования. Идущая следом цифра показывает концентрацию данного элемента в составе стали. Перед литерой ставят цифру, соответствующую доле углерода в металле в сотых %.

Например, стоящая в конце марки высококачественного сплава буква «А» указывает на его качество. Эта же литера в середине марки уведомляет об основном элементе легирования, в данном случае им является азот. Литера в начале марки сообщает о том, что это автоматная сталь.

Литера «Ш» в конце маркировки, прописанная через дефис, говорит о том, что это особовысококачественный сплав. Качественные стали, не имеют в маркировке литер «А» и «Ш». Кроме того, существует дополнительная маркировка, указывающая на особые характеристики сталей. Так, например, магнитные сплавы отмечают литерой «Е», а электротехнические — «Э».

Буквенно-числовая маркировка, пожалуй, одна из самых простых и понятных для потребителя. Другие, более сложные, доступны только для специалистов.

Основы материаловедения

Тесты по основам материаловедения. Свойста металлов обеспечивающих возможность их успешной обработки давлением.

Просмотр содержимого документа
«Основы материаловедения»

1. Какое из перечисленных свойств металлов обеспечивает возможность их

успешной обработки давлением:

1. высокая прочность

2. высокая теплопроводность

3. высокое электросопротивление

4. высокая пластичность

5. хорошие литейные свойства

2. Каково максимальное (теоретически) содержание углерода в сталях (в %):

3. Каково основное достоинство быстрорежущих сталей:

1. высокая твердость

2. коррозионная стойкость

3. высокая прочность

4. низкая стоимость

5. высокая теплостойкость

4. Какая термическая обработка применяется для придания ответственным

стальным изделиям оптимальных механических и эксплуатационных свойств:

4. закалка + отпуск

5. горячая пластическая деформация

5. Какая характерная особенность баббита, серого чугуна и свинцовой бронзы

обусловливает возможность их применения для подшипников скольжения:

1. гетерогенная (неоднородная) структура

2. высокая твердость

3. низкая твердость

4. высокая пластичность

5. низкая температура плавления

6. Какое из перечисленных свойств (параметров) в наибольшей степени

характеризует сопротивление материала хрупкому разрушению:

2. предел прочности

3. относительное удлинение

4. ударная вязкость

7. Какая технология применяется для получения изделий из ковкого чугуна:

1. холодная штамповка

2. горячая пластическая деформация

4. литьё с применением модифицирования

5. длительный отжиг отливок из белого чугуна

8. Из какого сплава следует изготовить режущи хирургический инструмент

9. Какой вид термической обработки необходим для полной ликвидации

наклепа в металле:

1. низкий отпуск

3. рекристаллизационный отжиг

10. Какой из перечисленных сплавов принципиально не упрочняется

11. Какой процесс приводит к полному возвращению свойств наклепанного

металла в исходное (до деформации) состояние:

12. Какова цель модифицирования высокопрочных чугунов:

1. измельчение пластинок графита

2. получение перлитной структуры металлической основы

3. придание графитным включениям шаровидной формы

4. уменьшение количества цементита в структуре

5. устранение ледебурита в структуре

13. Какую марку стали следует предпочесть для изготовления недорогого

изделия методом холодной штамповки:

14. Какую структуру должна иметь ответственная деталь из среднеуглеродистой

стали, работающая при динамических (ударных) нагрузках:

2. феррит + перлит

3. мартенсит + цементит вторичный

4. мартенсит отпуска

5. сорбит отпуска

15. Какая заключительная операция термической обработки сообщает сплаву

Читайте также:  Типы кристаллических решёток металлов

Д16 максимальную прочность:

2. низкий отпуск

3. искусственное старение

4. естественное старение

5. рекристаллизационный отжиг

16. Какой тип решетки имеет железо при комнатной температуре:

2. простая кубическая

3. объемноцентрированная кубическая

4. гранецентрированная кубическая

17. С какой из перечисленных структур чугун должен обладать наибольшей

1. шаровидный графит (Г) + феррит (Ф)

2. шаровидный Г + перлит (П)

3. пластинчатый Г + П

4. хлопьевидный Г + Ф + П

5. хлопьевидный Г + Ф

18. Какой химический элемент преобладает в сталях:

19. Какая фаза должна обязательно присутствовать в стали при температуре

её нагрева под закалку:

20. Какую структуру имеют латуни, обладающие наибольшей пластичностью:

4. однофазную аустенитную

5. однофазную ферритную

21. Как изменяются твердость и пластичность углеродистых сталей с

увеличением содержания в них углерода:

1. твердость и пластичность растут

2. твердость и пластичность падают

3. твердость растет, пластичность падает

4. твердость падает, пластичность растет

5. твердость растет, пластичность не изменяется

22. Какова основная структурная составляющая углеродистых сталей в

равновесном (отожженном) состоянии при комнатной температуре:

23. По каким из перечисленных свойств серые чугуны выгодно отличаются

от углеродистых сталей:

2. антифрикционные свойства

3. литейные свойства

4. обрабатываемость резанием

24. Как изменяется прочность и пластичность стали с повышением температуры отпуска:

1. прочность и пластичность увеличиваются

2. прочность растет, пластичность падает

3. прочность падает, пластичность растет

4. прочность не изменяется, пластичность растет

5. прочность и пластичность уменьшаются

25. Какой из перечисленных сплавов следует использовать для литых деталей

самолетов, переносных приборов и т.п.

1. Что такое наклеп (нагартовка)? Это:

1. упругая деформация

2. пластическое деформирование металла

3. холодная пластическая деформация

4. горячая пластическая деформация

5. упрочнение металла в результате холодной пластической деформации

2. Укажите все кристаллические фазы, присутствующие в железоуглеродистых

3. Какую марку стали следует использовать для изготовления инструмента,

обрабатывающего детали на больших скоростях резания:

4. Какая обработка стальных изделий называется улучшением:

1. закалка + низкий отпуск

2. высокий отпуск

3. закалка + высокий отпуск

4. шлифовка поверхности

5. дробеструйная обработка

5. Какой из перечисленных химических элементов обязательно присутствует

6. Какие дефекты кристаллической решетки обеспечивают высокую

3. атомы примесей

4. дислоцированные (междоузельные) атомы

5. границы зерен

7. Перечислите все типовые структуры металлической основы различных

видов серых чугунов:

3. феррит + перлит

4. ледебурит + цементит первичный

8. Какую марку стали следует предпочесть для сварных конструкций,

работающих в агрессивных средах:

9. Какая структура получается при полной закалке доэвтектоидных сталей:

1. мартенсит + цементит вторичный

3. феррит + перлит

4. мартенсит + феррит

10. Каково максимально возможное содержание Zn (в %) в однофазных

11. Какое из перечисленных утверждений неверно? Холодная пластическая деформация:

1. повышает прочность металла

2. повышает электросопротивление

3. снижает пластичность

4. повышает ударную вязкость

5. повышает твердость

12. Наличием какой фазы в структуре серые чугуны отличаются от белых

13. Что такое теплостойкость сплава:

1. способность выдерживать высокие температуры

2. способность не изменять размеры изделия при нагревании

3. способность сохранять высокую твердость при длительном нагревании

4. способность не окисляться при высоких температурах

14. Какая структура обеспечивает максимальную твердость доэвтектоидной

1. перлит + феррит

3. мартенсит отпуска

5. сорбит отпуска

15. Какие две операции и в какой последовательности используются для

эффективного упрочнения сплавов типа дуралюмин:

4. обработка холодом

16. Какой материал следует использовать для обшивки самолетов:

2. углеродистая сталь

3. высокопрочный чугун

17. Укажите фазы, из которых формируется равновесная структура

углеродистых сталей и белых чугунов при нормальных температурах:

18. Укажите, какую структуру должна иметь сталь У12 после грамотно

1. перлит + цементит вторичный (П+Ц II)

3. аустенит + Ц II

19. Измерение какого механического свойства используется обычно для

контроля качества термической обработки:

4. ударная вязкость

20. Какой из перечисленных сплавов успешно используется в качестве

подшипникового (антифрикционного) материала:

21. В чем причина роста твердости сталей в равновесном (отожженном)

состоянии при увеличении содержания в них углерода:

1. уменьшается размер зерна

2. увеличивается наклеп

3. в структуре появляется ледебурит

4. возрастает количество цементита в структуре

5. при большом количестве углерода в структуре появляется мартенсит

22. Какой из перечисленных материалов обладает наибольшей пластичностью:

1. эвтектоидная сталь

2. доэвтектоидная сталь

3. заэвтектоидная сталь

4. доэвтектический белый чугун

5. техническое железо

23. Какой химический элемент (и в каком количестве) делает сталь

24. Расположите необходимые операции обработки стальных шестерен

в правильной последовательности:

3. высокий отпуск

4. средний отпуск

5. низкий отпуск

25. Укажите два наиболее важных достоинства сплавов типа дуралюмин,

обусловивших их широкое применение в качестве конструкционных

1. высокая прочность

2. высокая твердость

3. хорошая ударная вязкость

4. высокая удельная прочность

5. коррозионная стойкость

(ПО1): 4 (высокая пластичность)

ПО3: 5 (высокая теплостойкость)

ПО4: 4 (закалка +отпуск) т.к. обеспечивает оптимальное сочетание прочности, твердости и пластичности, ударной вязкости.

ПО5: 1 (гетерогенная структура) – такая структура, состоящая из мягких и твердых структурных составляющих, обеспечивает хорошее удержание смазки в зоне трения.

ПО6: 4 (ударная вязкость)

ПО7: 5 (длительный отжиг отливок из белого чугуна)

ПО8: 4 (40Х13) ПО9: 3 (рекристаллизационный отжиг) ПО10: 2 (АМц) ПО11: 4 (рекристаллизация) ПО12: 3 (придание графитным включениям шаровидной формы) ПО13: 1 (сталь 08 с минимальным содержанием углерода) ПО14: 5 (сорбит отпуска или зернистый сорбит) ПО15: 4 (естественное старение) ПО16: 3 (объемноцентрированная кубическая ) ПО17: 2 (шаровидный Г + П – высокопрочный чугун на перлитной основе) ПО18: 3 (железо) ПО19: 2 – аустенит, т.к. в результате закалки он превращается в мартенсит, обеспечивающий максимальную твердость, что является целью закалки. ПО20: 1 (однофазную ) ПО21: 3 (твердость растет, пластичность падает) ПО22: 3 (перлит) ПО23: по всем, кроме 5 (прочность) ПО24: 3 (прочность падает, пластичность растет) ПО25: 4 (силумин – литейный Al – сплав)

Правильный ответ II ПО1: 5 (упрочнение металла в результате холодной пластической деформации) ПО2: 2, 3, 5 (феррит, цементит, аустенит) ПО3: 4 (Р6М5) ПО4: 3 (закалка + высокий отпуск) ПО5: 3 (Zn) ПО6: 2 (дислокации) ПО7: 1, 3, 5, (феррит, феррит + перлит, перлит) ПО8: 3 (12Х18Н10Т) ПО9: 2 (мартенсит) получаемый в результате закалки стали. ПО10: 4 (39 % Zn) ПО11: 4 (повышает ударную вязкость) ПО12: 2 (графит) ПО13: 3 (способность сохранять высокую твердость при длительном нагревании) ПО14: 4 (мартенсит) ПО15: 3, 5 (закалка + старение) ПО16: 4 – дуралюмин, т.к. он обладает высокой удельной прочностью (отношение прочности к удельному весу), хорошей коррозионной стойкостью и деформируемостью. ПО17: 2, 3 (феррит и цементит) ПО18: 4 (М + Ц II) ПО19: 2 (твердость) ПО20: 3 (БрС30 – свинцовая бронза) ПО21:4 (возрастает количество цементита в структуре) ПО22: 5 (техническое железо) ПО23: 3 (Cr в количестве 13%) ПО24: 2,1,5 (цементация – закалка – низкий отпуск) ПО25: 4.5 (высокая удельная прочность и коррозионная стойкость)

Влияние основных легирующих элементов на свойства стали.

Влияние отдельных компонентов на свойства стали

Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15. 20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей.

Влияние примесей

Постоянные (технологические) примеси являются обязательными компонентами сталей и сплавов, что объясняется трудностью их удаления как при выплавке (Р,S). Так и в процессе раскисления (Si, Mn) или из шихты – легированного металлического лома (Ni, Cr и др.).

К постоянным примесям относят углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, а также кислород, водород и азот.

Углерод

При увеличении содержания углерода до 1,2% возрастают прочность, твердость, порог хладноломкости (0,1%С повышает температуру порога хладноломкости на 20С), предел текучести, величина электрического сопротивления и коэрцитивная сила. При этом снижаются плотность, теплопроводность, вязкость, пластичность, величины относительных удлинения и сужения, а также величина остаточной индукции.

Существенную роль играет то, что изменение физических свойств приводит к ухудшению целого ряда технологических характеристик – таких, как деформируемость при штамповке, свариваемость и др. Так, хорошей свариваемостью отличаются низкоуглеродистые стали. Сварка средне и особенно высокоуглеродистых сталей требует применения подогрева, замедляющего охлаждение, и других технологических операций, предупреждающих образование трещин.

Марганец

Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повышения степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической примесью, если его содержание, не превышает 0,8%. Марганец как технологическая примесь существенного влияния на свойства стали не оказывает.

Кремний

Кремний также вводят в сталь для раскисления. Содержание кремния как технологической примеси обычно не превышает 0,37%. Кремний как технологическая примесь влияния на свойства стали не оказывает. В сталях, предназначенных для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,12-0,25%.

Сера

Пределы содержания серы как технологической примеси составляют 0,035-0,06%. Повышение содержания серы существенно снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость. При горячем деформировании сталей и сплавов большое содержание серы ведет к красноломкости. Кроме того, повышенное содержание серы снижает свариваемость готовых изделий.

Фосфор

Пределы содержания фосфора как технологической примеси составляют 0,025-0,045%. Фосфор, как и сера, относится наиболее вредным примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания, даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хрупкость и порог хладноломкости и снижает пластичность и вязкость. Вредное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном содержании углерода.

Кислород и азот

Кислород и азот растворяются в ничтожно малом количестве и загрязняют сталь неметаллическими включениями (оксидами, нитридами, газовой фазой). Они оказывают отрицательное воздействие на свойства, вызывая повышение хрупкости и порога хладноломкости, а также снижают вязкость и выносливость. При содержании кислорода более 0,03% происходит старение стали, а более 0,1% – красноломкости. Азот увеличивает прочность и твердость стали, но снижает пластичность. Повышенное количество азота вызывает деформационное старение. Старение медленно развивается при комнатной температуре и ускоряется при нагреве до 250oС.

Читайте также:  Какую сталь называют кипящей

Водород

Увеличение его содержания в сталях и сплавах приводит к увеличению хрупкости. Кроме того, в изделиях проката могут возникнуть флокены, которые развивает водород, выделяющийся в поры. Флокены инициируют процесс разрушения. Металл, имеющий флокены, нельзя использовать в промышленности.

Влияние легирующих элементов

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15-20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых.

Все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости.

Классификация

По применимости для легирования можно выделить три группы элементов. Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.

Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:

  • влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;
  • образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)7С3; (Сг,Ре)23С6; Мо2С и др.;
  • образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом – 7Мо6; Fe3Nb и др.

По характеру влияния на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:

  • элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);
  • элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа, называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.

Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность.
Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно увеличивает вязкость стали. Однако все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости.
Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод, растворимость которого в аустените при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести.
Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов. Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации.
Легирующие элементы (исключение кобальт), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для многих аустенитных сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение.
Карбидообразующие элементы: Fe – Mn – Cr – Mo – W – Nb – V – Zr – Ti (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве. Сталь, легированная этими элементами, при одинаковой температуре сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность.
Интерметаллиды образуются при высоком содержании легирующих элементов между этими элементами или с железом. Примером таких соединений могут служить Fe7Mo6, Fe3Nb2 и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.

В следующей таблице показано влияние наиболее применяемых легирующих элементов на свойства стали.

Примеси в сталях: вредные и полезные

Примеси: постоянные, скрытые и случайные

Марганец, кремний, алюминий, серу и фосфор относят к постоянным примесям. Алюминий вместе с марганцем и кремнием применяется в качестве раскислителя и поэтому в малых количествах они всегда есть в раскисленных сталях. Руды железа, а также топливо и флюсы всегда содержат определенное количество фосфора и серы, которые остаются в чугуне, а затем переходят и в сталь.

Азот называют скрытой примесью – он поступает в сталь в основном из воздуха.

К случайным примесям относят медь, мышьяк, олово, цинк, сурьму, свинец и другие элементы. Они попадают в сталь с шихтой – с рудами из различных месторождений, а также из железного лома.

Все примеси – постоянные, скрытые и случайные – в разной степени являются неизбежными из-за технологии производства стали. Так, спокойная сталь обычно содержит эти примеси в следующих пределах: 0,3-0,7 % марганца; 0,2-0,4 % кремния; 0,01-0,02 % алюминия; 0,01-0,05 % фосфора, 0,01-0,04 % серы, 0,-0,2 % меди. В этих количествах эти элементы рассматривают как примеси, а в бóльших количествах, которые вносят в стали намеренно, их уже считают легирующими элементами.

Влияние фосфора на свойства сталей

Фосфор (Р) сегрегирует при затвердевании стали, но в меньшей степени, чем углерод и сера. Фосфор растворяется в феррите и за счет этого повышает прочность сталей. С увеличением содержания фосфора в сталях их пластичность и ударная вязкость снижается и повышается склонность к хладноломкости.

Растворимость фосфора при высокой температуре достигает 1,2 %. С понижением температуры растворимость фосфора в железе резко падает до 0,02-0,03 %. Такое количество фосфора характерно для для сталей, то есть весь фосфор обычно растворен в альфа-железе.

Фосфор имеет сильную тенденцию сегрегировать на границах зерен, что приводит к отпускной хрупкости легированных сталей, особенно в марганцевых, хромистых, магниево-кремниевых, хромоникелевых и хромомарганцевых сталях. Фосфор, кроме того, увеличивает упрочняемость сталей и замедляет, как и кремний, распад мартенсита в сталях.

Повышенное содержание фосфора часто задают в низколегированных сталях для улучшения их механической обработки, особенно автоматической.

В низколегированных конструкционных сталях с содержанием углерода около 0,1 % фосфор повышает прочность и сопротивление атмосферной коррозии.

В аустенитных хромоникелевых сталях добавки фосфора способствуют повышению предела текучести. В сильных окислителях наличие фосфора в аустенитных нержавеющих сталях может приводить к их коррозии по границам зерен. Это обусловлено явлением сегрегации фосфора по границам зерен.

Влияние серы на свойства сталей

Содержание серы (S) в высококачественных сталях не превышает 0,02-0,03 %. В сталях общего назначения допустимое содержание серы выше – 0,03-0,04 %. Специальной обработкой жидкой стали содержание серы в стали доводят до 0,005 %.

Сера не растворяется в железе, поэтому любое ее количество образует с железом сульфид железа FeS. Этот сульфид входит в состав эвтектики, которая образуется при 988 °С.

Повышенное содержание серы в сталях приводит к их красноломкости из-за низкоплавких сульфидных эвтектик, которые возникают по границам зерен. Явление красноломкости происходит при температуре 800 °С, то есть при температуре красного каления стали.

Сера оказывает вредное влияние на пластичность, ударную вязкость, свариваемость и качество поверхности сталей (особенно в сталях с низким содержанием углерода и марганца).

Сера имеет очень сильную склонность к сегрегации по границам зерен. Это приводит к снижению пластичности сталей в горячем состоянии. Однако серу в количестве от 0,08 до 0,33 % намеренно добавляют в стали для автоматической механической обработки. Известно, что присутствие серы повышает усталостную прочность подшипниковых сталей.

Присутствие в стали марганца уменьшает вредное влияние серы. В жидкой стали протекает реакция образования сульфида марганца. Этот сульфид плавится при 1620 °С – при температурах значительно более высоких, чем температура горячей обработки сталей. Сульфиды марганца пластичны при температурах горячей обработки сталей (800-1200°С) и поэтому легко деформируются.

Влияние алюминия на свойства сталей

Алюминий (Al) широко применяется для раскисления жидкой стали, а также для измельчения зерна стальных слитков. К вредному влиянию алюминия относят то, что он способствует графитизации сталей. Хотя алюминий часто считают примесью, его активно применяют и как легирующий элемент. Поскольку алюминий образует с азотом твердые нитриды, он обычно бывает легирующим элементом в азотируемых сталях. Алюминий повышает стойкость сталей к окалинообразованию, и поэтому его добавляют в теплостойкие стали и сплавы. В дисперсионно упрочняемых нержавеющих сталях алюминий применяют как легирующий элемент, ускоряющий реакцию дисперсионного выделения. Алюминий повышает коррозионную стойкость низкоуглеродистых сталей. Из всех легирующих элементов алюминий является наиболее эффективным для контроля роста зерна при нагреве сталей под закалку.

Влияние азота на свойства сталей

Вредное влияние азота (N) заключается в том, что образуемые им довольно крупные, хрупкие неметаллические включения – нитриды – ухудшают свойства стали. Положительным свойством азота считают то, что он способен расширять аустенитную область диаграммы состояния сталей. Азот стабилизирует аустенитную структуру и частично заменяет никель в аустенитных сталях. В низколегированные стали добавляют нитридообразующие элементы ванадий, ниобий и титан. При контролируемой горячей обработке и охлаждении они образуют мелкие нитриды и карбонитриды, которые значительно повышают прочность стали.

Влияние меди на свойства сталей

Медь (Cu) имеет умеренную склонность к сегрегации. К вредному влиянию меди относят снижение хладноломкости стали. При повышенном содержании меди она отрицательно влияет качество поверхности стали при ее горячей обработке. Однако при содержании более 0,20 % медь повышает ее стойкость к атмосферной коррозии, а также прочностные свойства легированных и низколегированных сталей. Медь в количестве более 1 % повышает стойкость аустенитных нержавеющих сталей к воздействию серной и соляной кислот, а также их стойкость к коррозии под напряжением.

Влияние олова на свойства сталей

Олово (Sn) уже в относительно малых количествах является вредным для сталей. Оно имеет очень сильную склонность сегрегировать к границам зерен и вызывать отпускную хрупкость в легированных сталях. Олово оказывает вредное влияние на качество поверхности непрерывнолитых слитков, а также может снижать горячую пластичность сталей в аустенитно-ферритной области диаграммы состояния.

Влияние сурьмы на свойства сталей

Сурьма (Sb) имеет сильную склонность сегрегировать при затвердевании стали и поэтому вредно влияет на качество поверхности непрерывнолитых стальных слитков. В твердом состоянии стали сурьма охотно сегрегирует к границам зерен и вызывает отпускную хрупкость легированных сталей.

Источники:
Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies, ed. G. E. Totten, 2006.
Гуляев А. П. Металловедение, 1986.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector