Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Завдяки своїм характеристикам міцності і доступною ціною вуглецева сталь є дуже поширеним сплавом. Його головні елементи - це залізо та вуглець з мінімумом прісесей. З вуглецевої сталі виробляють різну машинобудівну продукцію, деталі трубопроводів і котлів, інструменти. У будівництві сплави теж знайшли широке застосування.

Основні характеристики

Залежно від основного свого призначення вуглецеві стали діляться на інструментальні та конструкційні, легуючих елементів в їх складі практично немає. Від звичайних сталевих сплавів вони відрізняються ще й тим, що мають в складі значно менше базових домішок: марганцю, магнію, кремнію. Зміст головного елемента - вуглецю - варіюється в досить широких межах. У складі високовуглецевої сталі міститься 0, 6-2% C, среднеуглеродистой - 0, 3-0, 6%, низьковуглецевої - до 0, 25%.

Основний елемент визначає властивості і структуру. У внутрішній структурі сплавів з менш ніж 0, 8% C (сталь доевтектоїдних) - переважно перліт і ферит, а при збільшенні концентрації головного елемента формується вторинний цементит.

Представлені стали з переважанням ферритной структурою високо пластичні і мають низьку міцність. Якщо в структурі переважає цементит, метал характеризується високою міцністю, однак і великою крихкістю. При підвищенні вмісту C до 0, 8-1% зростає міцність і твердість, але сильно погіршується в'язкість і пластичність.

Кількісний вміст вуглецю позначається на технологічних характеристиках, зокрема, на зварюваності, легкості обробки різанням і тиском.

  • З низьковуглецевих сталей виготовляють деталі і конструкції, не призначені для значних навантажень.
  • Характеристики середньовуглецевих сталей роблять їх основним конструкційним матеріалом, який використовується у виробництві конструкцій і деталей для транспортного і загального машинобудування.
  • Високовуглецеві сплави оптимальні для виготовлення деталей, які повинні мати підвищену зносостійкість, у виробництві вимірювального і ударно-штампового інструменту.

Метал, як і інші сталеві сплави, в складі містять домішки:

  • кремній;
  • фосфор;
  • марганець;
  • азот;
  • сірку;
  • водень;
  • кисень.

Кремній і марганець - це корисні домішки, які вводяться до складу на стадії виплавки для розкислення. Фосфор і сірка - шкідливі домішки, що погіршують якісні характеристики сплаву.

Вважається, що легування і вуглецеві види несумісні, проте з метою поліпшення їх технологічних і фізико-механічних характеристик може виконуватися микролегирование за допомогою додавання різних добавок:

  • бору;
  • титану;
  • цирконію;
  • рідкоземельних елементів.

З їх допомогою не вдасться перетворити метал в нержавійку, але значно поліпшити властивості вийде.

Класифікація за ступенем розкислення

На поділ на типи впливає, зокрема, ступінь розкислення. Залежно від цього параметра наші сплави ділять на напівспокійну, спокійні і киплячі.

Більш однорідну внутрішню структуру мають спокійні сталі, чиє розкислення досягається шляхом додавання в розплавлений метал алюмінію, феросиліцію і феромарганцю. Завдяки тому, що сплави нашої категорії повністю розкисла в печі, в їх складі відсутній закис заліза. Остаточний алюміній, що перешкоджає росту зерна, забезпечує дрібнозернисту структуру. Вона і практично повна відсутність розчинених газів дозволяє отримати якісний метал для виготовлення з нього найвідповідальніших деталей і конструкцій. Поряд з плюсами у спокійних сплавів є великий мінус - досить дорога виплавка.

Є дешевші, хоча і менш якісні, вуглецеві сплави, при виплавці яких використовують мінімум спеціальних добавок. У структурі такого металу через те, що процес розкислення в печі не довели до кінця, є розчинені гази, негативно відбиваються на характеристиках. Азот, наприклад, погано впливає на зварюваність і провокує утворення тріщин в області шва. Розвинена ізоляція в структурі сплавів призводить до того, що металопрокат, зроблений з них, відрізняється неоднорідністю за структурою і механічними характеристиками.

У напівспокійних сталей проміжне положення за властивостями і ступенем розкислення. Перед заливанням в виливниці до складу їх вводиться трохи раскіслітілей, завдяки яким затвердіння металу відбувається практично без кипіння, але виділення газів в ньому триває. В результаті виходить виливок, в структурі якої менше газових бульбашок, ніж в киплячих сталях. Ці внутрішні пори при подальшій прокатці металу заварюються практично повністю.

Велика частина напівспокійних вуглецевих сталей використовується як конструкційні матеріали.

Виробництво і розподіл за якістю

Вуглецеві сталі отримують шляхом використання різних технологій. розрізняють:

  • якісні вуглецеві сталі;
  • високоякісні сталеві сплави;
  • вуглецеві сталеві сплави звичайної якості.

Сплави звичайної якості отримують в мартенівських печах, а з них формуються великі злитки. До плавильному обладнання, що використовується для отримання таких сталей, відносяться, зокрема, кисневі конвертери. У порівнянні з якісними сталевими сплавами, в металі може міститися багато шкідливих домішок, що відбивається на характеристиках і вартості виробництва.

Сформовані і застиглі злитки прокочують гарячими або холодними. Гарячої прокаткою отримують сортове і фасонні вироби, тонколистовой і товстолистовий метал, широкі металеві смуги. Холодної прокаткою отримують тонколистовий метал.

Для виробництва якісної і високоякісної сталі використовуються мартенівські печі й конвертори, а також плавильні печі, які працюють на електриці.

До складу, а саме до наявності в структурі шкідливих і неметалевих домішок, ГОСТ пред'являє жорсткі вимоги. У високоякісних сталях повинно бути не більше 0, 04% сірки і не більше 0, 035% фосфору. Високоякісні та якісні сталеві сплави завдяки суворим вимогам до способу виплавки і характеристикам мають підвищену чистоту структури.

Застосування та маркування

Інструментальні сплави, в яких 0, 65-1, 32% C, використовуються для виготовлення різного інструмента. Для поліпшення механічних властивостей інструментів роблять загартування матеріалу виготовлення.

З конструкційних сплавів роблять деталі для різного устаткування, елементи конструкцій будівельного і машинобудівного призначення, кріпильні деталі та інше. З конструкційної сталі робиться дріт вуглецева, яка використовується в побуті, у виробництві кріплення, в будівництві, для виготовлення пружин. Після цементації конструкційні сплави успішно використовуються у виробництві деталей, що піддаються при експлуатації серйозного поверхневому зносу і відчувають великі динамічні навантаження.

Маркування говорить про хімічний склад сплаву і про його категорії. В позначенні вуглецевої сталі звичайної якості є літери «ст». ГОСТ обумовлює сім умовних номерів марок (0-6), також вказується в позначенні. Ступінь розкислення позначають літери «кп», «пс», «сп», проставлені в кінці маркування. Марки високоякісних і якісних сталей позначаються цифрами, які вказують на вміст у сплаві C в сотих частках відсотка.

Про те, що сплав інструментальний, можна зрозуміти по букві «У» на початку маркування. Цифра, наступна за цією літерою, говорить про зміст C в десятих частках відсотка. Літера «А», якщо така є в позначенні інструментальної сталі, вказує на поліпшені якісні характеристики сплаву.

Стали з підвищеним вмістом вуглецю можуть бути менш схильними до утворення структур малої пластичності. При впливі структурних і зварювальних напруг метал малої пластичності може зруйнуватися. Цьому сприяє наявність в ньому і його зварювальному шві дифузійного водню. Для попередження появи холодних тріщин застосовуються способи, що дозволяють усунути фактори, що сприяють появі таких недоліків.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Металообробка