HomeСталь, сплавы › Влияние нормальных примесей на свойства сталей

Влияние нормальных примесей на свойства сталей

Влияние нормальных примесей на свойства сталейПереходя теперь от структуры к влиянию примесей на свойства сталей, можно объяснить это влияние, исходя из того, как относится каждая примесь к железу. Сера и кислород, образующие включения и оболочки между зернами металла, должны влиять ухудшающим образом на механические свойства стали, потому что неметаллические включения — сульфиды и окислы — представляют вещества непрочные, хрупкие и своим присутствием должны ослаблять связь между зернами или разобщать металлическую массу внутри зерен, часто играя роль как бы надрезов внутри металла.

 

Очевидно, чем больше будет содержаться этих включений в металле, тем больше они будут снижать качество металла; поэтому и предписывается иметь серы и кислорода не более 0,05% (каждого в отдельности), а в высококачественных сортах стали и еще меньше (до 0,02-0,03%).

 

Однако, кроме общего количества включений, большое значение имеют их форма и расположение. Если включения обособлены и располагаются внутри зерен, они гораздо менее вредны, чем в том случае, когда они обволакивают зерна сплошными пленками. Поэтому при одинаковом содержании примесей нужно всегда стремиться к тому, чтобы включения их по возможности не образовывали пленок вокруг зерен.

 

Установлено, что форма включения зависит в значительной мере от того, насколько соединение легкоплавко, т. е. затвердевает ли оно раньше металла или после затвердевания металла. Если соединение тугоплавко, то оно может образоваться в виде зернышек еще в жидкой стали и не будет давать сплошных оболочек вокруг зерен твердого металла, а часто даже может находиться внутри зерен (как центр кристаллизации).

 

Если же соединение легкоплавко само по себе или образует еще более легкоплавкую эвтектику, то оно будет располагаться в виде оболочек вокруг затвердевших зерен металла.

Весьма наглядный пример этому мы видим на включениях сульфидов.

 

Сера образует в стали сульфид железа (FeS) или сульфид марганца (MnS). Первый относительно легкоплавок (точка затвердевания 1193°; см. приложение II, диаграмму 1) и к тому же образует с железом еще более легкоплавкую эвтектику; поэтому FeS очень легко располагается в виде оболочек вокруг зерен . Сернистый марганец, наоборот, очень высокоплавок (температура затвердевания 1620°) и обычно залегает в виде обособленных включений.

 

Понятно, что MnS является гораздо менее вредным, чем FeS, и в практике стремятся иметь в стали достаточное количество Мп, чтобы связать им всю серу и не, допускать образования FeS. Мп имеет большее сродство к сере, чем железо, и в присутствии достаточного количества Мп образование MnS вместо FeS происходит само собой. Поэтому в нормальных сортах стали сера присутствует обычно в виде MnS, а не FeS.

 

Сернистое железо образуется лишь тогда, когда серы в металле много, а марганца недостаточно. Присутствие FeS в железе и стали имеет еще другую неблагоприятную сторону: оболочки из FeS и его эвтектики легкоплавки, т. е. могут частично расплавляться уже при нагревах до светло-красного каления. При этих температурах будет уничтожаться прочная связь между зернами металла. В результате при нагреве до светло-красного каления металл оказывается весьма непрочным и легко дает трещины при механической обработке. Такое явление называют красноломкостью.

 

Повышенное содержание серы в железе и стали, следовательно, создает в них красноломкость.Влияние кислорода сходно с влиянием серы, но только вследствие более высокой плавкости окислов явление красноломкости обнаруживается от кислорода при более высоких температурах, чем от серы, и бывает не так сильно и резко выражено.

Таково влияние нерастворимых примесей на сталь.

 

Что касается растворимых примесей — Р, Si и Мп, атомы которых расположены в решетке железа, то их влияние нельзя объяснить на основании рассмотрения микроструктуры, так как свойства здесь будут зависеть от взаимного воздействия между атомами в решетке твердых растворов. Поэтому влияние этих примесей может быть определено непосредственным испытанием свойств твердых растворов, образуемых данной примесью с железом.

 

Эти испытания показали, что при указанном незначительном содержании Si и Мп свойства сталей не претерпевают существенных изменений в худшую сторону. О влиянии же этих элементов на сталь при большем количестве сказано в главе о легированных сталях.

Испытания показали, что твердый раствор, образуемый фосфором с железом, значительно отличается от твердых растворов Si и Мп с железом. В то время как Si и Мп при добавке к железу даже до 1 % повышают твердость и прочность и не снижают пластичности, добавка Р резко снижает пластические свойства железа и стали и особенно ударную вязкость. При содержании Р в количестве 0,1 -0,2% в металле замечается хрупкость, особенно при низких температурах (на морозе). Хрупкость при низких температурах называют в практике хладноломкостью.

 

Таким образом, фосфор в повышенных количествах вызывает в железе и стали хладноломкость. Хладноломкость связывают часто с тем, что Р вызывает сильный рост зерен в металле. Однако такое объяснение вредного влияния фосфора не всегда убедительно, и можно полагать, что причиной хладноломкости является проникновение атомов Р в решетку Fe и искажение последней.

 

Особенно вредно фосфор влияет на сталь в присутствии повышенного количества углерода. По-видимому, вредное влияние Р здесь обусловливается особенно сильной его ликвацией и обогащением фосфором отдельных участков в слутке и в отдельных зернах. Таким образом, чем тверже сталь, тем вреднее для нее фосфор, поэтому в сталях и считают допустимым не свыше 0,05% Р, а в высококачественных сортах еще меньше (< 0,03%).

 

Однако бывают случаи, когда Р допускается даже до 0,1 -0,2% в целях облегчения снятия стружки и получения (при резании) гладкой (чистой) поверхности при обточке на станках. Это бывает в так называемых автоматных сталях ив гаечном железе, где особенно важно получить при нарезке ровную и точную поверхность резьбы. При этом, однако, стремятся иметь в них минимальное количество С, чтобы вредное влияние Р было минимальным.

 

Если же в некоторых автоматных марках стали содержание С повышено (до 0,3-0,4%), то Р допускают не более 0,06%. Наряду с Р в этих же целях в автоматных сталях допускают и повышенное содержание S- до 0,2%. Однако и здесь для снижения вредного влияния на прочность и вязкость металла в. целом предписывается иметь повышенное содержание Мп (до 0,6-1,2%), с тем чтобы вся сера была связана в MnS как менее опасное, чем FeS, включение.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.