Состав, структура и классификация сталей

Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержание углерода, в котором не превышает 2, 14%, но не меньше 0, 022%. Главным элементом стали является углерод, и это единственная примесь, которая специально вводится в сталь. С повышением содержания углерода прочность стали существенно возрастает из-за увеличения количества цементита в фазовом составе стали.

Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода – на низкоуглеродистые (до 0, 25% С) – это достаточно мягкие, пластичные, хорошо деформируемые в холодном и горячем состоянии стали; среднеуглеродистые (0, 3 – 0, 55% С), являются широко распространённым конструкционным материалом для деталей, работающих в условиях обычных силовых нагрузок и высокоуглеродистые (0, 6 – 1, 4% С), за счет чего они обладают высокой твердостью; легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на: низколегированные, среднелегированные и высоколегированные.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре сталь различается на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную или перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.

С увеличением содержания углерода в стали возрастает количество фаз, имеющих более высокую твердость (перлит, цементит). Следовательно, и изменяются механические свойства: возрастает твердость, предел прочности, текучести, уменьшается относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость (рис. 2.1).

Твердые и хрупкие частицы цементита повышают сопротивление движению дислокаций, т. е. повышают сопротивление деформации и уменьшают пластичность и вязкость.

Таким образом, углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Зная изменение механических свойств в зависимости от структуры (количества углерода) можно определить технологический процесс обработки той или иной стали.

Рис. 2.1. Влияние углерода на свойства горячекатаных сталей