Качество стали

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 уменьшается , 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 ) показывает 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 применяют для инструментов небольших размеров. Для режущего инстумента ( фрезы, зенкеры, свёрла, спиральные пилы, шаберы , 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 Ас 1 , но ниже А ст 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 горячих средах ( ступенчатая закалка ). Отпуск проводят при 150-170 0 С для сохранения высокой твёрдости ( 62-63 HRC ). Сталь У7 закаливают с нагревом выше точки Ас 3 ( 800-820 0 С ) и подвергают 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 727 0 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 изменений , просто увиличивается температура. При повышении температуры в точки 3 твёрдый аустенит начинает плавиться . Структура становится жидкость+аустенит . До точки 4 сплав продолжает плавиться. В точке 4 под влиянием высокой температуры весь аустенит расплавля - ется . Структура становится - жидкость. 3. При нагреве выше температуры 727 0 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 температур ( 1000-1050 0 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 727 0 С. Различная склонность к росту зерна определяется условиями раскисления стали и её составом. Чем меньще зерно, тем выше прочность ( в т ), пластичность ( ) и вязкость ( KCU , KCT ), ниже порог хладноломкости ( t 50 ) 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 карбиды ( натриды ) оказывают зародышное влияние на образование новых зёрен аустенита, что также приводит к получению более мелкого зерна.