Властивості стали

Варіюючи склад, можна отримувати сталі з властивостями, що вельми розрізняються, - леговані, неіржавіючі, інструментальні. Більше, ніж всіх інших сортів, виплавляється вуглецевій сталі. Вуглецева сталь - це сплав заліза з вуглецем і марганцем. Як уже згадувалося, марганець додається для придушення шкідливої дії кисню і сірки, присутніх в сталі. Вуглецем визначаються механічні властивості стали. Вміст вуглецю в сталі може складати від 0,1 до 1,2%. Сталь, що містить 0,1-0,3% вуглецю, досить міцна і достатньо пластична. Прокат такої сталі у вигляді двотаврового профілю застосовується як будівельні балки. З тонкої листової маловуглецевої сталі роблять кузови автомобілів і консервні банки. Одна з найважливіших особливостей сталі полягає в тому, що її властивості можна змінювати в дуже широкому діапазоні простою зміною змісту вуглецю. Чим більше вуглецю в сталі, тим більше її межа міцності при розтягуванні, але тим менше пластичність, тобто деформація до руйнування. Нелегована сталь з середнім змістом вуглецю придатна для таких виробів, від яких потрібні міцність і опір зносу, наприклад для рейок. Сталь, що містить близько 0,8% вуглецю, може бути загартована настільки, що це робить її придатною для виготовлення ріжучих інструментів, таких, як свердла і ножі. Сталь з ще вищим вмістом вуглецю служить матеріалом для бритвених лез; вона повинна бути дуже твердою і зносостійкою, але від неї не вимагається особливої ударної в'язкості.

Термообробка стали. Термообробкою можна істотно змінювати механічні властивості стали. Для деяких застосувань її нагрівають, а потім гартують швидким охолоджуванням. У стані (тобто після повільного охолоджування), що відпалює, сталь навіть з високим вмістом вуглецю достатньо пластична для того, щоб можна було надати їй форму потрібного інструменту або іншого виробу. Потім її зазвичай гартують. При цьому межа міцності сталі може збільшитися в 10 разів, а пластичність - в стільки ж раз зменшитися. Чим більше вуглецю в сталі, тим вище її твердість після гарту. Загартована спеціальна сталь придатна для різання всіх інших металів, окрім найтвердіших. У термообробці є три важливі моменти. Спочатку сталь нагрівають до високої температури (зазвичай до червоного каління, хоча зразки з найвищим змістом вуглецю вимагають нагріву до білого каління). За цим нагріванням слідує швидке охолоджування - гарт, - після чого сталь повторно нагрівають, але тепер до порівняно низької температури - "відпускають". При першому нагріванні утворюється твердий розчин вуглецю в залозі. Якщо після такого нагріву сталь поволі охолодити (відпал), то розчинений вуглець випаде з розчину у вигляді частинок карбіду вуглецю, внаслідок чого сталь залишиться досить м'якою. При гарті ж сталь охолоджується так швидко, що карбід заліза не встигає виділитися з розчину. Оскільки атоми вуглецю дуже великі для проміжків між атомами заліза, кристалічна структура загартованої сталі виявляється сильно деформованою. Така структура називається мартенситною; їй відповідають украй висока твердість і крихкість. Для зменшення крихкості загартовану сталь відпускають, тобто нагрівають до температури 200-600° C, що не досягає температури червоного каління, і після деякої витримки знову охолоджують. При такому нагріванні відбувається часткове розкладання мартенсіту з випаданням з розчину надлишку вуглецю. Чим вище температура відпустки, тим більше таких виділень і тим м'якше (і пластичнее) сталь. Відповідною відпусткою можна отримати будь-який ступінь твердості. Необхідний ступінь відпустки залежить від призначення стали. Наприклад, якщо дуже сильно відпустити лезо ножа, то воно швидко тупитиметься. Якщо ж його недостатньо відпустити, то воно стане дуже крихким і кришитиметься. Найвідповідальніша частина термообробки - гарт. Вона повинна проводитися достатньо швидко, щоб не відбулося розкладання твердого розчину вуглецю в залозі, що утворився при підвищеній температурі. Для цього сталь, нагріту до червоного каління, можна опустити в холодну воду. Але швидко охолодити можна лише порівняно невеликий об'єм стали. Задовільний гарт нелегованої сталі можливий тільки при товщині, що не перевищує приблизно 1,5 см, що істотно обмежує можливості застосування нелегованої сталі в різного роду крупних верстатах і механізмах. Ця трудність відпадає при використанні легованих сталей.

Леговані стали. Якщо в сталь додати декілька відсотків нікелю, хрому або молібдену, то її можна загартувати до мартенситного стану при набагато меншій швидкості охолоджування, чим потрібний для нелегованої сталі. Річ у тому, що твердий розчин, наприклад, нікелю і вуглецю в залізі при охолоджуванні розкладається значно повільніше за розчин одного вуглецю в залозі. Завдяки цьому можливий повний гарт масивних виробів з легованої сталі. Додаткові легуючі елементи привносять і інші переваги. Вони підвищують міцність і ударну в'язкість стали, покращують високотемпературні прочностные характеристики. Склад, властивості і застосування ряду типових легованих сталей представлені в таблиці. Леговані сталі широко застосовуються в машинобудуванні.

Сталеві конструкції. Завдяки низькій вартості і властивостям, що нерідко перевершують властивості інших матеріалів, сталь - це метал найширшого застосування. Тому навіть форма і зовнішній вигляд дуже багатьох речей, з якими ми зустрічаємося повсякденно, значною мірою визначаються міцністю, пластичністю і корозійною стійкістю стали і чавуну. Чавунні і сталеві елементи будівель, огорож і мостів можуть служити прекрасним прикладом тісного зв'язку між властивостями матеріалу і дизайном. Мабуть, більше всього сталь змінила зовнішність міст висотними будівлями - будовами, які лише завдяки сталі або бетону, армованому сталлю, здатні нести тяжкість навісних стенів, що заповнюють каркас, з кам'яної кладки, листового металу і скла. Сталь зберігає своє домінуюче положення в будівництві і машинобудуванні не тільки завдяки поєднанню низької вартості і високих механічних характеристик, але і тому, що в сталеплавильній промисловості були розроблені леговані стали з істотно покращуваними властивостями. Це вже наголошувалося, коли мова йшла про неіржавіючих і швидкорізальних сталях. Створення ж мартенситностареющей стали, повністю зміцнюваною без гарту, і стійкою до атмосферної корозії конструкційної сталі, яка украй поволі іржавіє з утворенням захисного зовнішнього шару, що робить непотрібною фарбування, - це гарантія того, що сталь і надалі зберігатиме своє значення в житті людей.

Дата добавления: 2014-12-23