Влияние углерода на структуру и свойства сталей

Механические свойства углеродистой стали зависят главным образом от содержания углерода. С ростом содержания углерода в стали увеличивается количество цементита и соответственно уменьшается количество феррита, т.е. повышаются прочность и твердость и уменьшается пластичность. Как видно из графика, приведенного на рис. 150, прочность повышается только до 1% С, а при более высоком содержании углерода она начинает уменьшаться. Происходит это потому, что образующаяся по границам зерен в заэвтектоидных сталях сетка вторичного цементита снижает прочность стали.

Кроме углерода, в стали есть еще другие элементы - примеси, присутствие которых обусловлено разными причинами.

4.5. Влияние примесей на свойства железоуглеродистых сплавов

На свойства железоуглеродистых сплавов влияет наличие в них постоянных примесей (вредных - серы, фосфора, кислорода, азота, водорода; полезных - кремния, марганца и др.). Эти примеси могут попадать в сплав из природных соединений (руд), например, сера и фосфор; из металлического лома — хром, никель и др.; в процессе раскисления - кремний и марганец.

Влияние углерода. Углерод в железоуглеродистом сплаве находится главным образом в связанном состоянии в виде цементита. В свободном состоянии в виде графита он содержится в чугунах. С увеличением содержания углерода возрастает твердость, прочность и уменьшается пластичность.

Влияние серы. Сера является вредной примесью. Она образует легкоплавкую эвтектику FeS + Fе. При кристаллизации сплава легкоплавкая эвтектика располагается по границам зерен и при повторном нагреве расплавляется, в результате чего нарушается связь между зернами, что приводит к образованию трещин и надрывов. Это явление носит название красноломкости. Допускается содержание серы до 0,06%.

Влияние фосфора. Фосфор — вредная примесь, растворяясь в γ- и α- железе, искажает кристаллическую решетку и ухудшает пластические свойства сплава. Фосфор вызывает явление хладноломкости, и его содержание в сталях не должно превышать 0,08%. В чугуне допускается до 0,3% Р.

Влияние азота, кислорода и водорода. Эти элементы присутствуют в сплавах или в составе хрупких неметаллических включений или в свободном состоянии, при этом они располагаются в дефектных местах в виде молекулярного и атомарного газов. Неметаллические включения служат концентраторами напряжений и могут понизить механические свойства (прочность, пластичность).

Влияние кремния и марганца. Кремний, растворяясь в феррите, повышает предел текучести и уменьшает склонность к хладноломкости. Кремний способствует графитизации чугуна.

Марганец образует твердый раствор с железом и немного повышает твердость и прочность феррита. В присутствии серы он частично связывается с серой в сернистый марганец и переходит в шлак. При содержании марганца более 1,5 % снижаются пластические свойства стали. В сталях содержится обычно не более 0,4 % Si и 0,8 % Мn.