Классификация видов стали
Сталь – это сплав железа с углеродом и другими химическими элементами, в котором содержится минимум 45 % железа, а содержание углерода находится в диапазоне от 0,02 % до 2,14 %.
Если в стали содержание углерода составляет от 0,6 % до 2,14 %, то она является высокоуглеродистой. Если содержание углерода более 2,14 %, то сплав называется чугуном. В современных порошковых сталях может содержаться до 3 % углерода, но при этом они не являются чугуном. Углерод снижает вязкость и пластичность и придает сплаву твердость и прочность.
Стали с высокими упругими свойствами нашли широкое применение в приборо- и машиностроении. В машиностроении они используются для производства силовых пружин различного назначения, амортизаторов и рессор. В приборостроении стали применяются при изготовлении пластин реле, мембран, пружин, подвесок и растяжек. Стали могут классифицироваться по следующим признакам:
- Структура. Согласно данному признаку стали делятся на перлитную, аустенитную, бейнитную, мартенситную и ферритную.
- Назначение. Согласно данному признаку стали делятся на нержавеющие, инструментальные, конструкционные, криогенные и жаропрочные.
- Химический состав. Согласно данному признаку стали делятся на легированные и углеродистые. Углеродистые делятся на низко-, средне- и высокоуглеродистые, легированные на низко-, средне- и высоколегированные.
- Способ получения. Согласно данному признаку стали делятся на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.
К основным характеристикам стали относятся: плотность (от 7700 до 7900 килограмм на кубометр), удельный вес, удельная теплоемкость, температура плавления, удельная теплота плавления, коэффициент теплопроводности, коэффициент линейного теплового расширения и предел прочности при растяжении.
Вредные примеси в стали
К основным вредным примесям в сталях относятся:
- Сера.
- Фосфор.
- Углерод.
- Азот.
- Олово.
- Водород.
- Кислород.
- Сурьма.
Сера – это химический элемент шестнадцатой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Менделеева, с атомным номером 16.
В сталях высокого качества сера содержится в количестве не больше 0,03 %, а в сталях общего назначения до 0,04 %. При помощи современных технологий обработки долю серы можно уменьшить до 0,005 %. В железе растворения серы не происходит, а образуется сульфид железа. В случае высокого содержания серы сталь становится красноломкой. Причиной этому является появление на границах зерен сульфидной эвтектики, способность к плавке которых очень низкая. На границах зерен у серы значительна склонность к сегрегации. Из-за этого пластичность стали снижается. Если сталь предназначена для дальнейшей переработки автомеханическим способом, то в ее состав обязательно добавляется сера (в количестве от 0,08 % до 0,33 %), она способствует возрастанию усталостной прочности у подшипниковых сталей.
Сегрегация фосфора существенно ниже, чем серы и углерода. Он растворяется в феррите, что способствует увеличению прочности металла. Чем выше процент содержания фосфора в стали, тем выше ее хладноломкость, а также ниже ударная прочность и пластичность. Наличие фосфора в аустеничных хромоникелевых сталях способствует увеличению предела текучести. Если аустеничная нержавеющая сталь попадает в среду сильного окислителя, возникает коррозия на границах зерен из-за присутствия в ее составе фосфора.
Когда сталь остывает, она приобретает структуру, которая состоит из двух фаз - феррита и цементита. Цементит связан с наличием углерода. Его содержание прямо пропорционально содержанию цементита. Цементит способствует снижению пластичности и вязкости металла. Под воздействием азота в металле образуются нитриды, которые представляют собой неметаллические хрупкие инородные тела, являющиеся причиной ухудшения свойств стали. К положительным последствиям наличия в стали азота можно отнести его способность увеличивать аустеничную область диаграммы состояния.
Даже незначительное содержание олова вредно для стали. В легированных сталях данный элемент способен вызвать отпускную хрупкость. Также олово сегрегируется на границах зерен стали, что уменьшает ее горячую пластичность. Также вредной примесью для стали является водород. Он может попасть в сталь из атмосферы дугового разряда. Водород, который был поглощен из атмосферы и пребывает в атомарном и ионизированном виде, в процессе кристаллизации уменьшает собственную растворимость, в результате чего при его выделении образуются поры и трещины. Снизить количество водорода можно при помощи окислителей атмосферы, просушки материалов, покрытия флюсов и электродов дополнительно фторидами и хлоридами.
