Štetne nečistoće u ugljičnim čelicima. Utjecaj štetnih tvari u zraku radnog prostora na ljudski organizam – sažetak. Utjecaj aluminija na svojstva čelika

Nečistoćama se nazivaju kemijski elementi koji su ušli u sastav čelika u procesu njegove proizvodnje kao tehnološki dodaci ili kao komponente šaržnih materijala.

Nečistoće u čeliku dijele se na trajne (obične), slučajne i latentne (štetne).

Trajne nečistoće u čeliku su mangan i silicij, koji su kao nečistoće prisutni u gotovo svim industrijskim čelicima. Sadržaj mangana u konstrukcijskim čelicima obično je u rasponu od 0,3-0,8% (ako mangan nije legirajući element), u alatnim čelicima njegov sadržaj je nešto niži (0,15-0,40%). Uvođenje mangana kao tehnološkog aditiva u takvim količinama potrebno je za prijenos sumpora iz željeznog sulfida u manganov sulfid. Silicij u dobro dezoksidiranim (mirnim) čelicima obično se nalazi u rasponu od 0,17-0,37%. U nepotpuno deoksidiranim niskougljičnim (£0,2% C) čelicima sadrži manje: u polumirnim 0,05-0,017%, u kipućim<0,07 %. В нержавеющих и жаропрочных, нелегированных кремнием сталях его может содержаться до 0,8 %.

Nasumične nečistoće u čeliku mogu biti praktički bilo koji elementi koji slučajno dospiju u čelik iz otpadaka, prirodno legirane rude ili deoksidansa. Najčešće su to Cr, Ni, Cu, Mo, W, A1, T1 itd. u količinama ograničenim za nečistoće.

Latentne nečistoće u čeliku su sumpor, fosfor, arsen i plinovi: vodik, dušik i kisik. Međutim, nedavno se dušik, sumpor i fosfor ponekad koriste kao dodaci za legiranje kako bi se osigurala brojna posebna svojstva čelika.

Prema stupnjevanom kemijskom sastavu čelika moguće je odrediti koji su elementi dodaci legiranju, a koji nečistoće. Ako stupnjevani kemijski sastav čelika postavlja donju (ne manje) i gornju (ne više) granicu sadržaja ovog elementa u čeliku, tada će to biti legiranje. Za nečistoće se u pravilu postavlja samo gornja granica sadržaja. Jedina iznimka su mangan i silicij, čija je količina regulirana donjom i gornjom granicom, kako za nečistoće tako i za legirne dodatke.

Štetne primjese sumpora, fosfora i plinova prisutne su u gotovo svim čelicima i ovisno o vrsti čelika mogu različito utjecati na svojstva.

Trenutno se u metalurgiji naširoko koriste različiti tehnološki procesi i metode proizvodnje čelika, zbog čega se postiže značajno smanjenje onečišćenja metala nemetalnim uključcima, te postaje moguće kontrolirati njihov sastav, veličinu i distribuciju. Takvi procesi i metode uključuju: rafinirajuće pretaljivanje (elektrotroska, vakuum-lučno), vakuumsko indukcijsko taljenje, preradu čelika izvan peći sintetskom troskom, otplinjavanje u loncu itd.

O2, S, P, N, H2, rjeđe drugi (As) čak iu malim količinama nepovoljno utječu na svojstva željeza i njegovih legura. Dobivanje metala odgovarajuće kvalitete postiže se smanjenjem sadržaja štetnih primjesa do određenih granica različitim metodama, ovisno o svojstvima pojedine primjese.

Deoksidacija čelika je uklanjanje otopljenog kisika. U oksidativnom rafiniranju, kako se nečistoće u metalu s većim afinitetom prema kisiku od željeza smanjuju, koncentracija kisika raste. Ugljik se oksidira kasnije od ostalih elemenata i koncentracija C u metalu određuje konačni. Oksidabilnost metala tijekom dekarburizacije se povećava i posebno je oštra kada je sadržaj ugljika manji od 0,2. Stvarna koncentracija ugljika u metalu na kraju pročišćavanja za različite vrste čelika je u rasponu od 0,02-0,05%. Kada se takav metal ohladi, nastavit će se reakcija dekarburizacije sa selektivnom kristalizacijom. Kako kristalizacija napreduje, preostala tekućina postupno postaje obogaćena nečistoćama. Konkretno, ugljik i [O], čije koncentracije cijelo vrijeme ostaju više od ravnoteže za reakciju dekarburizacije, što osigurava njezin kontinuirani tijek. Dio mjehurića plina ostaje u metalu koji se skrućuje, čineći ga pjenušavim. Zbog prezasićenosti metala kisikom oslobađaju se željezni oksidi. Kako se temperatura smanjuje, topljivost O2 u željezu naglo pada, što dovodi do povećanja oksidne faze na granici zrna. Taj se fenomen naziva crvena krtost. Pretjerano visoka koncentracija O2 u metalu primjer je oksidativnog procesa rafiniranja. Osim toga, tijekom proizvodnje i lijevanja čelika, t.j. nakon izlaska ispod pokrova troske dolazi u kontakt s atmosferskim zrakom. Stoga taljenje čelika uvijek završava deoksidacijom kako bi se iz metala uklonio kisik do granica koje osiguravaju potpuni ili djelomični prekid reakcije dekarburizacije. Kao dezoksidacijski elementi koriste se dvije skupine elemenata - to su elementi s većim afinitetom prema kisiku od željeza Mn, Si. Druga skupina - elementi s većim afinitetom prema kisiku od ugljika. Služe za potpuno "smirenje" Al, Ti, B, Ca, Zirkoniy. Deoksidacija se obično kombinira s legiranjem, tj. uz povećanje do potrebnih granica korisnih nečistoća. Postoje tri metode deoksidacije - taloženje, difuzija i evakuacija.

opsadnik. Najčešća metoda deoksidacije, koja se sastoji u uvođenju deoksidansa izravno u metal, gdje dolazi do heterogene reakcije. Oksid za dezoksidaciju mora imati svojstva "precipitata", tj. biti netopljiv u željezu i lako se izdvojiti iz taline. Da bi se reakcija odvijala, potrebno je da čistači imaju veći afinitet od C i Fe i da su njihovi oksidi jači od FeO. Kada se deoksidizator uvede u čelik, O2 se smanjuje zbog reakcije deoksidacije sve dok se ne postigne ravnoteža reakcije, stoga minimalna rezidualna koncentracija O2 u metalu odgovara ravnoteži u reakciji i služi kao mjera relativnog afiniteta. deoksidizatora za kisik ili mjera deoksidacijske sposobnosti deoksidirajućih elemenata. Mehanizam precipitacijske dezoksidacije uključuje sljedeće faze: otapanje krutog dezoksidatora i njegovu ravnomjernu raspodjelu u volumenu metala, kemijsku reakciju dekarburizacije, uklanjanje produkata reakcije iz taline - nemetalnih inkluzija troske. Najvažnija karika je treća faza, jer. o tome ovisi količina nemetalnih uključaka koji zagađuju metal i smanjuju njegovu kvalitetu. Ovi nemetalni uključci troske imaju nižu gustoću od metala i plutaju na njegovoj površini. Što je veća brzina uspona, to je čelik čišći od nemetalnih inkluzija. Brzina uspona malih kuglastih čestica promjera manjeg od 1 mm. Iz jednadžbi proizlazi da se s smanjenjem f brzina smanjuje. Proces se ubrzava smanjenjem gustoće uključaka troske, povećanjem temperature, smanjenjem viskoznosti čelika i, kao rezultat toga, povećanjem vremena skrućivanja i vremena uspona uključaka. Odlučujuću ulogu ima veličina čestica. Što su veće, čelik je čišći. Povećanje čestica se lakše događa u tekućem nego u krutom obliku. Stoga je za potpuno pročišćavanje metala od proizvoda deoksidacije potrebna visoka temperatura čelika veća od 1600 ° C i nisko talište.

Difuzijska dezoksidacija sastoji se u nastanku procesa difuzije kisika iz metala u trosku zbog smanjenja njegove oksidacije, uvođenjem u nju dezoksidansa, koji redukcijom željeznih oksida u troski snižava njihovu koncentraciju i, posljedično, koncentracija kisika. Prednost ove metode u odnosu na taložnu je u tome što se interakcija odvija u troski i metal nije kontaminiran. Nedostatak je niska brzina procesa. Izravno u jedinicama, uglavnom u električnim pećima u proizvodnji specijalnih čelika. Različitost difuzijske deoksidacije je obrada čelika u lijevima sa sintetskom troskom s niskim sadržajem FeO.

Usisavanje. Ovo je relativno nova i obećavajuća metoda koja omogućuje dobivanje ne samo kisika, već i vodika i dušika, tj. provesti otplinjavanje čelika. Za H i N, topljivost u sloju opada sa smanjenjem T. Posebno je nizak u čvrstom stanju. Kada se čelik hladi, vodik se oslobađa u mikropore i formira jata - to su male pukotine koje smanjuju mehaničku čvrstoću. Dušik povećava tvrdoću čelika, ali istodobno povećava krtost i smanjuje duktilnost. Struktura plinova u željezu, t.j. apsorpciju prati promjena njegovog molekularnog stanja. S obzirom da su plinovi u metalu beskonačno razrijeđene otopine, koeficijent aktivnosti je približno jednak 1. Dakle, topljivost plinova u metalu je funkcija dviju veličina – temperature i tlaka. Učinak temperature na topljivost određen je vrijednošću deltaH. H2 i N2 se otapaju uz apsorpciju topline. Stoga pregrijavanje metala povećava zasićenost plinom, a to se posebno odnosi na EP. Osim toga, legirajući elementi tvore hidride i nitride, što pridonosi povećanju zasićenosti plinom. Titan i cirkonij posebno su skloni hidridima, a krom i vanadij posebno su skloni stvaranju nitrida. Ako se lonac s metalom postavi u zatvoreni sustav i tlak plina iznad metala značajno smanji, tada će se tlak u mjehurićima plina koji se nalaze u talini značajno smanjiti, posebno u gornjem sloju metala. Time će se osigurati prijelaz mjehurića onih nečistoća koje se mogu osloboditi iz čelika u plinovito stanje i intenzivno dizanje mjehurića. Ugljik ima značajan afinitet prema kisiku i može poslužiti kao deoksidans, ali njegova je upotreba za to pri normalnom tlaku vrlo ograničena, jer. preostali CO dovodi do labavih ingota, tj. uzrokuje mjehuriće u metalu. Kako bi se to spriječilo, uvođenje dezoksidatora s većim afinitetom za kisik od ugljika zagađuje metal nemetalnim inkluzijama. Vakuumiranje vam omogućuje značajno smanjenje koncentracije kisika u čeliku bez upotrebe deoksidansa i, stoga, bez dodatnog onečišćenja metala. U ovom slučaju, uloga ugljika kao deoksidizatora značajno se povećava, jer se tijekom evakuacije CO najpotpunije uklanja iz njega i mjehurići metala su isključeni.

Na mehanička svojstva ugljičnih čelika utječe sadržaj ugljika. S povećanjem udjela ugljika povećava se čvrstoća, tvrdoća i otpornost na habanje, ali se smanjuje duktilnost i udarna čvrstoća, a zavarljivost se pogoršava.

Promjena čvrstoće čelika ovisno o sadržaju ugljika.

Ferit(kruta otopina ugljika u željezu) - vrlo plastična i viskozna, ali krhka.

Perlit, mehanička mješavina finih ploča ferita i cementita, daje čvrstoću. Cementit vrlo tvrd, krt i statički jak. S povećanjem udjela ugljika u čeliku (do 0,8%) povećava se udio perlita i povećava se čvrstoća čelika. Međutim, uz to se smanjuje njegova duktilnost i udarna čvrstoća. Pri sadržaju od 0,8% C (100% perlita) čvrstoća čelika doseže maksimum.

Mangan ubrizgava se u bilo koji čelik radi deoksidacije (tj. radi uklanjanja štetnih inkluzija željeznog oksida). Mangan se otapa u feritu i cementitu, pa je njegovo otkrivanje metalografskim metodama nemoguće. Povećava čvrstoću čelika i znatno povećava prokaljivost. Sadržaj mangana u ugljičnom čeliku određenih razreda može doseći 0,8%.

Silicij, kao i mangan, je deoksidans, ali djeluje učinkovitije. U kipućem čeliku sadržaj silicija ne smije biti veći od 0,07%. Ako ima više silicija, tada će se deoksidacija silicija dogoditi tako potpuno da tekući metal neće "kuhati" zbog deoksidacije ugljika. Tihi ugljični čelik sadrži 0,12 do 0,37% silicija. Sav silicij se otapa u feritu. Uvelike povećava čvrstoću i tvrdoću čelika.

Sumpor- štetna nečistoća. Tijekom procesa proizvodnje čelika sadržaj sumpora se smanjuje, ali se ne može potpuno ukloniti. U čeliku s otvorenim ložištem obične kvalitete dopušten je sadržaj sumpora do 0,055%.

Prisutnost sumpora u velikim količinama dovodi do stvaranja pukotina tijekom kovanja, štancanja i vrućeg valjanja, ova pojava se naziva crvena lomljivost. U ugljičnom čeliku, sumpor reagira sa željezom, što rezultira željeznim sulfidom FeS. U procesu vruće plastične deformacije duž granica zrna nastaju vruće pukotine.

Ako se u čelik unese dovoljna količina mangana, tada će se eliminirati štetni učinci sumpora, jer će biti vezan u vatrostalni manganov sulfid. Uključci MnS nalaze se u sredini zrna, a ne duž njihovih granica. Tijekom vruće obrade, uključci MnS se lako deformiraju bez pucanja.

Fosfor, kao i sumpor, je štetna nečistoća. Otapanjem u feritu, fosfor naglo smanjuje njegovu duktilnost, povećava temperaturu prijelaza u krhko stanje ili na drugi način uzrokuje hladnu krtost čelika. Ovaj fenomen se opaža kada je sadržaj fosfora iznad 0,1%.

Područja ingota s visokim sadržajem fosfora postaju hladno krta. U čeliku za otvoreno ložište uobičajene kvalitete nije dopušteno više od 0,045% R.

Sumpor i fosfor, uzrokujući krtost čelika i istodobno smanjujući mehanička svojstva, poboljšavaju obradivost: povećava se završna obrada površine, povećava se vrijeme između brušenja rezača, rezača itd. Stoga, za niz nekritičnih dijelova koji su podvrgnuti strojnoj obradi, tako- koriste se tzv. automatski čelici s visokim udjelom sumpora (do 0,30%) i fosfora (do 0,15%).

Kisik- štetna nečistoća. Željezni oksid, poput sumpora, uzrokuje krtost čelika. Vrlo tvrdi oksidi aluminija, silicija i mangana oštro oštećuju obradivost čelika rezanjem, brzo otupljujući alat za rezanje.

U procesu taljenja ugljičnog čelika iz metalnog otpada, nikal, krom, bakar i drugi elementi mogu ući u njega. Ove nečistoće narušavaju tehnološka svojstva ugljičnog čelika (osobito zavarljivost), pa se njihov sadržaj nastoji svesti na minimum.

Označavanje čelika

U ugljičnim čelicima uobičajene kvalitete dopušten je sadržaj štetnih nečistoća, kao i zasićenost plinom i onečišćenje nemetalnim uključcima. A ovisno o namjeni i skupu svojstava, dijele se u skupine: A - isporučeni sa zajamčenim mehaničkim parametrima, B - isporučeni sa zajamčenim kemijskim parametrima, C - isporučeni sa zajamčenim kemijskim i mehaničkim parametrima.

Čelici se označavaju kombinacijom slova St i broja (od 0 do 6) koji pokazuje broj razreda, a ne prosječni sadržaj ugljika u njemu, iako s povećanjem broja raste i sadržaj ugljika u čeliku. Čelici skupina B i C ispred marke imaju slova B i C, što označava njihovu pripadnost tim skupinama. Čelici skupine A koriste se u isporučenom stanju za proizvode čija izrada nije popraćena toplom obradom. U tom slučaju zadržavaju strukturu normalizacije i mehanička svojstva zajamčena standardom.

Čelici skupine B koriste se za proizvode proizvedene toplim obradama (kovanje, zavarivanje i, u nekim slučajevima, toplinska obrada), kod kojih nisu očuvana izvorna struktura i mehanička svojstva. Za takve dijelove, podaci o kemijskom sastavu su važni za određivanje načina rada na toplom.

Čelici su najčešći materijali. Imaju dobra tehnološka svojstva. Proizvodi se dobivaju kao rezultat obrade pritiskom i rezanjem.

Prednost je mogućnost dobivanja željenog skupa svojstava promjenom sastava i vrste obrade. Čelici se dijele na ugljične i legirane čelike.

Utjecaj ugljika i nečistoća na svojstva čelika

Ugljični čelici su glavni. Njihova svojstva određena su količinom ugljika i sadržajem nečistoća koje stupaju u interakciju sa željezom i ugljikom.

Utjecaj ugljika.

Utjecaj ugljika na svojstva čelika prikazan je na sl. 10.1

Sl.10.1. Utjecaj ugljika na svojstva čelika

S povećanjem udjela ugljika u čeličnoj konstrukciji povećava se količina cementita, a smanjuje udio ferita. Promjena omjera između komponenti dovodi do smanjenja duktilnosti, kao i povećanja čvrstoće i tvrdoće. Snaga se povećava do sadržaja ugljika od oko 1%, a zatim se smanjuje, jer nastaje gruba mrežica sekundarnog cementita.

Ugljik utječe na viskozna svojstva. Povećanjem udjela ugljika povećava se prag hladnokrtosti i smanjuje udarna čvrstoća.

Električni otpor i koercitivna sila rastu, magnetska permeabilnost i gustoća magnetske indukcije se smanjuju.

Ugljik također utječe na tehnološka svojstva. Povećanje udjela ugljika pogoršava svojstva lijevanja čelika (koriste se čelici s udjelom ugljika do 0,4%), obradivost pritiskom i rezanjem te zavarljivost. Treba uzeti u obzir da su čelici s niskim udjelom ugljika također slabo obrađeni.

Utjecaj nečistoća.

U čelicima uvijek ima nečistoća koje dijelimo u četiri skupine. jedan. Trajne nečistoće: silicij, mangan, sumpor, fosfor.

Mangan i silicij uvode se u proces taljenja čelika radi deoksidacije, tehnološke su nečistoće.

Sadržaj mangana ne prelazi 0,5…0,8 %. Mangan povećava čvrstoću bez smanjenja duktilnosti i oštro smanjuje crvenu krtost čelika uzrokovanu utjecajem sumpora. Pomaže smanjiti sadržaj željeznog sulfida FeS, budući da tvori spoj manganovog sulfida sa sumporom MnS. Čestice mangan sulfida nalaze se u obliku zasebnih inkluzija, koje se deformiraju i izdužuju duž smjera kotrljanja.

Nalazi se blizu zrna, povećava temperaturu prijelaza krtosti, uzrokuje hladnu krtost, smanjuje rad širenja pukotina, povećava sadržaj fosfora za svaki 0,01 % podiže prag hladnokrtosti za 20…25ºS.

Fosfor ima tendenciju segregacije, stoga u središtu ingota pojedinačni dijelovi imaju oštro smanjenu viskoznost.

Za neke čelike moguće je povećati sadržaj fosfora do 0,10…0,15 %, za poboljšanje obradivosti.

Sumpor smanjuje duktilnost, pogoršava zavarljivost i otpornost na koroziju.

Sadržaj sumpora u čelicima je 0,025…0,06 %. Sumpor je štetna nečistoća koja ulazi u čelik od lijevanog željeza. U interakciji sa željezom stvara kemijski spoj - sumporni sulfid FeS, koji zauzvrat sa željezom tvori eutektik niskog tališta s talištem 988ºS. Kada se zagrijava za valjanje ili kovanje, eutektik se topi, a veze između zrna se prekidaju. Tijekom deformacije nastaju pukotine i pukotine na mjestima eutektike, obradak se uništava - fenomen crvena lomljivost.

Crvena lomljivost - povećana krtost na visokim temperaturama

Sumpor smanjuje mehanička svojstva, posebice udarnu čvrstoću a i duktilnost (u), kao i granicu izdržljivosti. Smanjuje zavarljivost i otpornost na koroziju.

2. Skrivene nečistoće- plinovi (dušik, kisik, vodik) – ulaze u čelik tijekom taljenja.

Dušik i kisik nalaze se u čeliku u obliku krhkih nemetalnih uključaka: oksida ( FeOSiO 2 ,Al 2O 3) nitridi ( Fe2N), u obliku čvrste otopine ili u slobodnom stanju, smješten u defektima (šupljine, pukotine).

Intersticijske nečistoće (dušik N, kisik O) povećavaju prag krtosti na hladnom i smanjuju otpornost na krti lom. Nemetalni uključci (oksidi, nitridi), kao koncentratori naprezanja, mogu značajno smanjiti granicu izdržljivosti i viskoznost.

Vodik otopljen u čeliku vrlo je štetan, što znatno krti čelik. To dovodi do stvaranja u valjanim trupcima i otkivcima jata.

Flockens- tanke pukotine ovalnog ili zaobljenog oblika, koje imaju izgled mrlja u prijelomu - srebrne ljuskice.

Metal s flokom ne može se koristiti u industriji; tijekom zavarivanja nastaju hladne pukotine u taloženom i osnovnom metalu.

Ako je vodik u površinskom sloju, tada se uklanja kao rezultat zagrijavanja na 150…180 , bolje u vakuumu mm Hg. Umjetnost.

Vakuum se koristi za uklanjanje skrivenih nečistoća.

3. posebne nečistoće, koji se posebno uvode u čelik za dobivanje navedenih svojstava. Nečistoće se nazivaju legirajućim elementima, a čelici legiranim čelicima.

Dodjela legirajućih elemenata.

Glavni legirajući element je krom (0,8…1,2)%. Povećava prokaljivost, pridonosi dobivanju visoke i ujednačene tvrdoće čelika. Prag hladne krtosti kromnih čelika - (0…-100) ºS.

Dodatni legirajući elementi.

Bor - 0,003%. Povećava očvrsljivost i također podiže prag hladnokrtosti (+20…-60) ºS.

Mangan - povećava očvrsljivost, ali potiče rast zrna i podiže prag krhkosti na hladno (+40…-60) ºS.

Titanij (~0,1%) uveden za mljevenje zrna u krom-manganskom čeliku.

Uvođenje molibdena (0,15…0,46%) u kromnim čelicima povećava prokaljivost, smanjuje prag hladne krtosti na –20…-120 ºS. Molibden povećava statičku, dinamičku i zamornu čvrstoću čelika, eliminira sklonost unutarnjoj oksidaciji. Osim toga, molibden smanjuje sklonost kaljenju kod čelika koji sadrže nikal.

Vanadij u količini (0.1…0.3) % u kromnim čelicima pročišćava zrnatost i povećava čvrstoću i žilavost.

Uvođenje nikla u kromne čelike značajno povećava čvrstoću i prokaljivost, snižava prag hladnokrvnosti, ali istovremeno povećava sklonost kaljenju krhkosti (taj se nedostatak nadoknađuje uvođenjem molibdena u čelik). Krom-nikal čelici imaju najbolji skup svojstava. Međutim, nikla nema dovoljno i upotreba takvih čelika je ograničena.

Značajna količina nikla može se zamijeniti bakrom, što ne dovodi do smanjenja viskoznosti.

Kod legiranja krom-manganskih čelika sa silicijem, čelici dobivaju kromansil (20HGS, 30HGSA). Čelici imaju dobru kombinaciju čvrstoće i žilavosti, dobro su zavareni, utisnuti i strojno obrađeni.Silicij povećava udarnu čvrstoću i toplinsku žilavost.

Dodatak olova, kalcija poboljšava obradivost. Primjenom toplinske obrade kaljenja poboljšava se kompleks mehaničkih svojstava.

Raspodjela legirajućih elemenata u čeliku.

Legirni elementi otapaju se u glavnim fazama legura željeza i ugljika (ferit, austenit, cementit), ili tvore posebne karbide.

Otapanje legirajućih elemenata nastaje kao rezultat zamjene atoma željeza atomima tih elemenata. Ti atomi stvaraju naprezanja u rešetki, što uzrokuje promjenu njezinog perioda.

Promjena dimenzija rešetke uzrokuje promjenu svojstava ferita - povećava se čvrstoća, smanjuje se duktilnost. Krom, molibden i volfram ojačavaju manje od nikla, silicija i mangana. Molibden i volfram, kao i silicij i mangan u određenim količinama smanjuju viskoznost.

U čelicima, karbide tvore metali smješteni u periodnom sustavu lijevo od željeza (krom, vanadij, titan), koji imaju manje dovršen d- elektronički bend.

U procesu stvaranja karbida, ugljik predaje svoje valentne elektrone za popunjavanje d elektronska vrpca atoma metala, dok u metalu valentni elektroni tvore metalnu vezu, koja određuje metalna svojstva karbida.

Kada je omjer atomskih polumjera ugljika i metala veći od 0,59 nastaju tipični kemijski spojevi: Fe3c,Mn3c,Cr23C6,Cr 7C 3 ,Fe3W3C- koji imaju složenu kristalnu rešetku i pri zagrijavanju se otapaju u austenitu.

Kada je omjer atomskih polumjera ugljika i metala manji od 0,59 formiraju se faze implementacije: mj 2c,ZAHOD,VC,TiC,TaC,W2C- koji imaju jednostavnu kristalnu rešetku i teško se otapaju u austenitu.

Svi karbidi imaju visoku tvrdoću i talište.

4. Slučajne nečistoće.

Klasifikacija i označavanje čelika

Klasifikacija čelika

Čelici se klasificiraju prema mnogim kriterijima.

1. Po kemijskom sastavu: ugljični i legirani.
2. Prema sadržaju ugljika:

a) s niskim udjelom ugljika, s udjelom ugljika do 0,25 %;
b) srednji ugljik, sa sadržajem ugljika 0,3…0,6 %;
c) visokougljični, s većim udjelom ugljika 0,7 %

1. Prema ravnotežnoj strukturi: hipoeutektoid, eutektoid, hipereutektoid.

1. Po kvaliteti. Kvantitativni pokazatelj kvalitete je sadržaj štetnih nečistoća: sumpora i fosfora:

a) ugljični čelici uobičajene kvalitete:
b) kvalitetni čelici;
c) visokokvalitetni čelici.

1. Metoda taljenja:

a) u otvorenim pećima;
b) u pretvaračima kisika;
c) u električnim pećima: elektrolučne, indukcijske itd.

1. Po dogovoru:

a) konstrukcijski - koristi se za izradu dijelova strojeva i mehanizama;
b) alat - služi za izradu raznih alata;
c) specijalni - čelici s posebnim svojstvima: električni, s posebnim magnetskim svojstvima i dr.

Označavanje čelika

Prihvaćena alfanumerička oznaka čelika

Ugljični čelici uobičajene kvalitete (GOST 380).

Označeno: St.2kp., Bst.3kp, Vst.3ps, Vst.4sp.

St je indeks ove skupine čelika. Brojevi iz 0 prije 6 - ovo je uvjetni broj razreda čelika. S povećanjem broja razreda čvrstoća se povećava, a duktilnost čelika smanjuje. Pod jamstvom isporuke postoje tri skupine čelika: A, B i C. Za čelike skupine A mehanička svojstva su zajamčena pri isporuci, indeks skupine A nije naveden u oznaci. Za čelike skupine B kemijski sastav je zajamčen. Za čelike skupine B, mehanička svojstva i kemijski sastav zajamčeni su nakon isporuke.

Indeksi kp, ps, cn označavaju stupanj deoksidacije čelika: kp - kipuće, ps - polumirno, cn - mirno.

Kvalitetni ugljični čelici

Isporučuju se kvalitetni čelici sa zajamčenim mehaničkim svojstvima i kemijskim sastavom (skupina B). Stupanj deoksidacije uglavnom je miran.

Ugljični čelici strukturne kvalitete. Označeni su dvoznamenkastim brojem koji označava prosječni sadržaj ugljika u stotinkama postotka. Stupanj odkiseljenja je naznačen ako se razlikuje od mirnoće.

Čelik 08 kp, čelik 10 ps, ​​čelik 45.

Ugljični čelici kvalitete alata označeni su slovom U (ugljični alatni čelik) i brojem koji označava sadržaj ugljika u desetinkama postotka.

U8 čelik, U13 čelik.

Alatni visokokvalitetni ugljični čelici. Označavaju se slično kao visokokvalitetni alatni ugljični čelici, samo što na kraju oznake stavljaju slovo A za označavanje visokokvalitetnog čelika.

Čelik U10A.

Kvalitetni i visokokvalitetni legirani čelici

Oznaka je alfanumerička. Legirajući elementi imaju konvencionalne oznake, označeni su slovima ruske abecede.

Oznake legirajućih elemenata:

X - krom, H - nikal, M - molibden, V - volfram, K - kobalt, T - titan, A - dušik (označen u sredini marke), G - mangan, D - bakar, F - vanadij, C - silicij, P - fosfor, P - bor, B - niobij, C - cirkonij, Yu - aluminij.

Legirani konstrukcijski čelici

Čelik 15Kh25N19VS2

Na početku pečata naveden je dvoznamenkasti broj koji pokazuje sadržaj ugljika u stotinkama postotka. Elementi legure navedeni su u nastavku. Broj koji slijedi iza simbola elementa pokazuje njegov sadržaj u postocima,

Ako broj nije postavljen, tada sadržaj elementa ne prelazi 1,5 %.

Navedena vrsta čelika sadrži 0,15 % ugljik, 35% krom, 19 % nikal, do 1,5% volfram, do 2 % silicij.

Za označavanje visokokvalitetnih legiranih čelika, simbol A je naznačen na kraju razreda.

Legirani alatni čelici

Čelik 9XC, čelik HVG.

Na početku marke naznačen je jednoznamenkasti broj koji pokazuje sadržaj ugljika u desetinkama postotka. Kada je sadržaj ugljika veći od 1%, broj nije naznačen,

Svi legirani alatni čelici su visoke kvalitete.

Neki čelici imaju nestandardne oznake.

Brzorezni alatni čelici

P je indeks ove skupine čelika (od rapid - brzina). Sadržaj ugljika je veći od 1%. Broj pokazuje sadržaj glavnog legirajućeg elementa - volframa.

U naznačenom čeliku sadržaj volframa je 18 %.

Ako čelici sadrže legirajući element, tada se njihov sadržaj navodi iza oznake odgovarajućeg elementa.

Čelici za kuglične ležajeve

Čelik ShKh6, čelik ShKh15GS

Š je indeks ove skupine čelika. X - označava prisutnost kroma u čeliku. Sljedeći broj pokazuje sadržaj kroma u desetinkama postotka u navedenim čelicima, 0,6 % i 1,5 %. Također su naznačeni legirajući elementi uključeni u sastav čelika. Sadržaj ugljika je veći 1 %.

U čelicima uvijek ima nečistoća koje dijelimo u četiri skupine. jedan. Trajne nečistoće: silicij, mangan, sumpor, fosfor.

Mangan i silicij uvode se u proces taljenja čelika radi deoksidacije, tehnološke su nečistoće.

Sadržaj mangana ne prelazi 0,5…0,8 %. Mangan povećava čvrstoću bez smanjenja duktilnosti i oštro smanjuje crvenu krtost čelika uzrokovanu utjecajem sumpora. Pomaže smanjiti sadržaj željeznog sulfida FeS, budući da tvori spoj manganovog sulfida sa sumporom MnS. Čestice mangan sulfida nalaze se u obliku zasebnih inkluzija, koje se deformiraju i izdužuju duž smjera kotrljanja.

Nalazi se blizu zrna, povećava temperaturu prijelaza krtosti, uzrokuje hladnu krtost, smanjuje rad širenja pukotina, povećava sadržaj fosfora za svaki 0,01 % podiže prag hladnokrtosti za 20 ... 25 o C.

Fosfor ima tendenciju segregacije, stoga u središtu ingota pojedinačni dijelovi imaju oštro smanjenu viskoznost.

Za neke čelike moguće je povećati sadržaj fosfora do 0,10…0,15 %, za poboljšanje obradivosti.

S– smanjena duktilnost, zavarljivost i otpornost na koroziju. P-iskrivljuje kristalnu rešetku.

Sadržaj sumpora u čelicima je 0,025…0,06 %. Sumpor je štetna nečistoća koja ulazi u čelik od lijevanog željeza. U interakciji sa željezom stvara kemijski spoj - sumporni sulfid FeS, koji zauzvrat sa željezom tvori eutektik niskog tališta s talištem 988 o C. Kada se zagrijava za valjanje ili kovanje, eutektik se topi, a veze između zrna se prekidaju. Tijekom deformacije nastaju pukotine i pukotine na mjestima eutektike, obradak se uništava - fenomen crvena lomljivost.

Crvena lomljivost - povećana krtost na visokim temperaturama

Sumpor smanjuje mehanička svojstva, osobito udarnu čvrstoću a i duktilnost

(δ i ψ), kao i granicu izdržljivosti. Smanjuje zavarljivost i otpornost na koroziju.

2. Skrivene nečistoće- plinovi (dušik, kisik, vodik) – ulaze u čelik tijekom taljenja.

Dušik i kisik nalaze se u čeliku u obliku krhkih nemetalnih uključaka: oksida ( FeO, SiO 2 , Al 2 O 3)nitridi ( Fe2N), u obliku čvrste otopine ili u slobodnom stanju, smješten u defektima (šupljine, pukotine).

Intersticijske nečistoće (dušik N, kisik O) povećavaju prag krtosti na hladnom i smanjuju otpornost na krti lom. Nemetalni uključci (oksidi, nitridi), kao koncentratori naprezanja, mogu značajno smanjiti granicu izdržljivosti i viskoznost.

Vodik otopljen u čeliku vrlo je štetan, što znatno krti čelik. To dovodi do stvaranja u valjanim trupcima i otkivcima jata.

Flockens- tanke pukotine ovalnog ili zaobljenog oblika, koje imaju izgled mrlja u prijelomu - srebrne ljuskice.

Metal s flokom ne može se koristiti u industriji; tijekom zavarivanja nastaju hladne pukotine u taloženom i osnovnom metalu.

Ako je vodik u površinskom sloju, tada se uklanja kao rezultat zagrijavanja na 150…180 , bolje u vakuumu ~10 -2 ... 10 -3 mm Hg. Umjetnost.

Vakuum se koristi za uklanjanje skrivenih nečistoća.

3. Posebne nečistoće- posebno uveden u čelik za dobivanje navedenih svojstava. Nečistoće se nazivaju legirajućim elementima, a čelici legiranim čelicima.

teško obrađeni čelik

Žica, tanki listovi pronašli su široku primjenu u gospodarstvu. Ove vrste proizvoda dobivaju se u metalurgiji valjanjem, izvlačenjem u hladnom stanju. Kao rezultat takve obrade, metal se ojačava zbog pojave koja se naziva otvrdnjavanje. Zbog sobne temperature, otvrdnuće se ne uklanja. Ova vrsta obrade naziva se kaljenje.

Kaljenje čelika jako ovisi o stupnju očvrsnuća i sadržaju ugljika (slika 7).

Rekordne vrijednosti σw dobivene su za smanjenje do 90% u čeliku 1,2% C na žici ∅ 0,1 mm.

Stvrdnjavanje je neizbježan proces svake plastične deformacije. Stvrdnjavanje (stvrdnjavanje) prati povećanje čvrstoće i tvrdoće te značajno smanjenje duktilnosti.

Zbog toga se nakon valjanja ili izvlačenja u hladnom stanju limovi, kanali, cijevi stvrdnjavaju.

Najčešće je to željena promjena nekretnine. Ponekad je to nepoželjno. Na primjer, ne možete napraviti brušenje na hladno obrađenom bakrenom limu - pokidat će se. Otvrdnuće je potrebno ukloniti toplinskom obradom (žarenjem).