Влияние примесей на структуру и свойства сталей и чугунов

Категория:
Черные металлы


Влияние примесей на структуру и свойства сталей и чугунов

Действие элементов, присутствующих наряду с железом и углеродом в сталях и чугунах, даже при сравнительно небольших количествах, является весьма существенным. Марганец и кремний оказывают положительное действие, а сера, фосфор, кислород, водород и азот, если по тем или иным причинам некоторые из них не вводят умышленно, обычно считаются вредными примесями.

Ниже коротко описано влияние всех перечисленных элементов.

Марганец. Являясь чрезвычайно активным в отношении кислорода и Серы, марганец освобождает сталь от значительных количеств этих примесей.

Сернистый марганец, имеющий высокую температуру плавания и образующий тугоплавкие твердые растворы с сульфидом железа, парализует вредное действие серы. В чугунах марганец образует карбид Мп3С, способный давать твердый раствор с цементитом, стабилизировать последний и не давать ему гра-фитизироваться. Этим объясняется отбеливающее действие марганца на чугуны.

Кремний. Действие кремния как раскислителя дополняет влияние марганца. Небольшие количества кремния (обычно до 0,3—0,4%) мало влияют на свойства деталей.

Кремний оказывает существенное действие на графитизацию чугунов. Кремнистые чугуны, даже при относительно малых содержаниях углерода (2%) и при значительных скоростях охлаждения, могут кристаллизоваться как чисто серые. Для этого достаточно ввести в чугун примерно 4% Si.

Сера. Сульфид железа FeS способен образовать с железом низкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988°. При наличии в жидкой стали закиси железа FeO может образоваться тройная эвтектика Fe—FeS—FeO с еще более низкой температурой плавления 940°. Вследствие дендритной ликвации названная эвтектика всегда располагается по границам зерен и при достаточно высоком нагреве, например при горячей обработке давлением, оказывается в расплавленном состоянии. Это ослабляет или полностью уничтожает связь между зернами и приводит к растрескиванию деформируемого металла. Свойство металла разрушаться подобным образом получило название красноломкости (горячеломкости).

Фосфор. Фосфор, как вредная примесь, допускается в сталях в малых количествах. При больших содержаниях фосфора стали хладноломки, т. е. имеют пониженную пластичность и ударную вязкость. Фосфор резко снижает свою растворимость в железе с ростом содержания углерода и приобретает склонность выделяться в виде кристаллов фосфида железа Fe3P. Твердые растворы на основе железа, даже с малыми количествами фосфора, способны стареть и выделять охрупчивающие кристаллики фосфида железа. Кроме того, фосфор чрезвычайно склонен к зональной ликвации, к обогащению средних частей слитка и к охрупчиванию их.

В качественных сталях фосфор допускается в количествах не более 0,025—0,030%.

Кислород. Кислород, даже в малых количествах, считается вредной примесью для железных сплавов.

Несомненно вредным является присутствие кислорода в виде закиси железа FeO. В этом случае кислород значительно усиливает горячеломкость.

Присутствие в сплаве кислорода в виде кремнезема Si02 или других шлаковых включений значительно менее опасно.

В виде окиси алюминия А120з кислород оказывает положительное действие на сталь и широко используется при известном методе регулирования величины «наследственного» зерна в стали.

Водород в стали является, несомненно, вредной примесью при содержании даже в очень ограниченном количестве.

Растворимость водорода в жидкой стали больше, чем в твердой. При кристаллизации водород частично выделяется в молекулярном виде в поры слитка, повышая в .них давление до значительных величин, а частично остается в атомарном рассеянии в твердом растворе, вызывая охрупчивание последнего. В результате возможно растрескивание металла с образованием внутренних надрывов, называемых «белыми пятнами» или «флокенами».

При травлении кислотами образующийся атомарный водород легко поглощается сталями и вызывает заметное охрупчивание материала.

Аналогичное явление наводороживания наблюдается при нанесении электрохимических покрытий.

Азот. Вредное действие азота на стали и чугуны изучено мало. Как легирующий элемент он в ряде случаев используется весьма эффективно.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум