Сталь с содержанием меди

Обновлено: 12.05.2024

Сплав железа и меди

Сплав железа и меди как таковой не существует. Причины – разные температуры плавления и свойства растворимости. По сути, получается нечто вроде слоеного пирога. Однако и такой результат смешивания двух металлов с успехом используется в самых разных сферах.

Большее распространение получили сплавы меди с другими металлами: алюминием, оловом, свинцом, с добавлением никеля и др. О свойствах медных сплавов, а также интересные факты о сплаве железа и меди вы узнаете из нашего материала.

Сплав железа и меди в чистом виде – редкость

Существование сплава железа и меди вполне возможно. Фазовая диаграмма с этими двумя элементами имеет следующий вид:

На ней заметно, что фазовые поля «ααFe» и «Cu» значительно сужаются к краям диаграммы. Это значит, что в одном веществе нельзя растворить большое количество другого.

Растворимость железа в фазах меди и меди в фазах железа ограничена. Так, в фазе аустенита (гамма-Fe) можно растворить не более 18% меди. Для этого необходима высокая температура (около +1400 °С), которая резко должна смениться комнатной для предотвращения повторного разделения. Все, что получится в других условиях, – двухфазная смесь, которую нельзя назвать сплавом железа и меди.

Также по диаграмме заметно, что возникновение интерметаллических соединений невозможно. Если именно их вы подразумевали под сплавом, то ошибались.

Следовательно, сплав имеет эвтектоидную микроструктуру со сменяющими друг друга слоями материала, насыщенного железом и медью. Точная микроструктура и формула сплава железа и меди зависит от составных компонентов.

Лигатура медь-железо имеет формулу CuFe. Ее используют для алюминиевой бронзы и определенных латунных сплавов в роли рафинера. Также сфера применения лигатуры распространяется на повышение качества других сплавов, а именно улучшение коррозионной стойкости медно-никелевых сплавов и механических свойств низколегированных медных сплавов.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Есть несколько разновидностей сплавов железа и меди, в которых доля железа варьируется от 1% до 2,5%. Медные сплавы отличаются высокой прочностью, благодаря которой могут использоваться в трубках конденсаторов и электрических контактах с хорошей электропроводностью (около 65 % IAC).

Это сплавы вариации серии C19xxxx, например, C19200, C19500, C19600.

Классификация сплавов меди

Медь – это крайне значимый материал, который сопровождал человечество практически всю жизнь. Первобытные люди использовали в качестве орудий труда именно медные изделия. При этом способы обработки металла в разные времена отличались.

Раньше было принято обрабатывать медь холодным методом, о чем говорят археологические находки в пределах современной Северной Америки. Традиции по использованию меди сохранялись еще до приезда Христофора Колумба. Медную руду начали добывать около 7 тысяч лет назад, и благодаря податливости материала он быстро стал востребованным. Даже спустя столько лет медь не теряет своей актуальности.

Металл отличается красноватым цветом, который ему придает кислород. Если этот компонент полностью убрать, то оттенок станет желтым. Насыщенность цвета также зависит от валентности. Так, карбонаты меди имеют выраженный синий либо зеленый тон. Начищенная медь придаст металлу яркий блеск.

По электропроводимости медь занимает почетное второе место, уступая лишь серебру. Благодаря своим качествам ее используют в электронике. Однако важно помнить недостатки металла. Один из основных – плохое взаимодействие с кислородом. На свежем воздухе медь покрывается пленкой, связанной с процессом окисления.

Медный оксид можно получить прокаливанием гидрокарбоната меди либо нитрата на воздухе. Данное соединение способно окисляющим образом влиять на органические соединения.

Медный купорос дает растворение материала в серной кислоте. Сфера применения полученного вещества – химическая промышленность. Медный купорос используют и для профилактики вредителей на огороде.

Примеси способны по-разному воздействовать на характер медного сплава. По данному критерию выделяется три группы:

  • Первая группа включает в себя соединения, создающие твердые вещества. Среди них: сурьма, цинк, железо, олово, фосфор, сурьма, никель и др.
  • Во вторую группу входят соединения, имеющие низкую растворимость в меди. Из-за их наличия обработка давлением становится сложнее. Однако стоит отметить, что электропроводность остается практически неизменной. Пример таких соединений – свинец и висмут.
  • В третьей группе содержатся вещества, создающие вместе с медью хрупкие соединения (кислород, сера).

Характеристики сплавов меди

Сплав меди может иметь разные характеристики, которые зависят от примесей и их количества. Например, прочность, коррозионную стойкость, низкий коэффициент трения. На практике часто используются смеси меди с магнием, цинком, марганцем и алюминием. При этом в промышленности можно найти и другие варианты сплавов.

Сплав железа и меди

Чтобы определить состав по Межгосударственному стандарту, необходимо использовать классификацию из специальной таблицы. Там указана маркировка меди и перечислены ее главные характеристики:

  • Так, в марках М1 и М1р, М2 и М2р, М3 и М3р содержание меди одинаковое, а буква «р» означает наличие фосфора (до 0,04% от общего количества вещества) и меньшее количество кислорода (до 0,01%). В марках с обычным количеством кислорода его доля составляет от 0,05 до 0,08%.
  • В марках М00 и М1 содержится как минимум 99,9% меди.
  • Марка М0 состоит из меди на 99,95%.
  • Для М0б содержание металла – около 99,97%.
  • Вещество с обозначением М2 состоит из меди на 99,7%.
  • Для марки М3 характерна доля металла, составляющая 99,5%.
  • В марке М4 основное вещество занимает 99% от общего количества сплава.
  • Буква «б» в составе марки означает полное отсутствие кислорода. Так, в М0б его нет, а в М0 содержится около 0,02%.

Основные характеристики сплавов с содержанием меди:

  • Способность сопротивляться коррозии, которая особенно выражена у веществ с полированной поверхностью. Она проявляется при воздействии на сплав пресной воды. Кислотная среда ухудшает коррозионную стойкость. Например, мельхиор (сплав из железа, никеля и меди) в кислотной среде (при контакте с водой) обретает зеленоватый оттенок.
  • Прочность, что позволяет использовать материал в промышленных целях. Так, при высоких удельных и знакопеременных нагрузках часто применяют детали из сплава меди с железом и марганцем.
  • Антифрикционность, что дает сплаву устойчивость к трению. Так, например, бронза применяется в производстве подшипников даже без использования смазки. Это происходит именно благодаря идеально гладкой поверхности. Сплав железа с медью и серебром также обладает хорошими антифрикционными свойствами.
  • Теплопроводность и электропроводность. Эти свойства позволяют делать из медного сырья электропроводные кабели.

Медные сплавы могут использоваться в разных сферах деятельности: в самолето- и судостроении, ювелирном деле, при создании часовых механизмов и других приспособлений, в которых вероятно возникновение трения двух парных компонентов.

Если говорить о сплавах, в которых также есть железо, то на практике чаще всего применяют сплав из меди, железа и олова, сплав из меди, алюминия и железа, а также сплав из меди, цинка и железа.

Основные сферы применения сплавов меди

В производстве используется как медь в чистом виде (катодная медь), так и полуфабрикаты, сделанные на ее основе. Особенно это касается катанок, проката и других промышленных изделий. Характеристики и сфера применения зависят от доли примесей в общем продукте. В марке может содержаться от 10 до 50 добавок.

Сплав железа и меди

Чтобы сделать высокоточный и чистый металл, потребуется медь именно той марки, в которой нет кислорода. Для криогенной промышленности его отсутствие – важнейший критерий. В противном случае изделие не будет соответствовать условиям использования. Однако в других сферах применения подойдут и те виды, в которых есть кислород.

Рассмотрим их более подробно:

  • М00 и М0 могут использоваться для создания высокочастотных и электропроводниковых деталей. Полученные изделия обычно создаются на заказ и считаются дорогими.
  • М001ф и М001бб подойдут для изготовления электрических шин и медной проволоки с маленьким диаметром сечения.
  • М1 и марки с таким же содержанием меди (М1р, М1ф, М1ре) используются в качестве проводников электрического тока. Небольшое количество олова позволяет их задействовать в производстве высококачественной бронзы. Также их часто включают в состав прутьев для сварки чугуна и электродов.
  • М2, М2р и М2к – идеальный вариант для деталей, производимых в криогенной промышленности. Так как литой прокат подвергается обработке под давлением, для него тоже подойдут перечисленные марки.
  • Из М3, М3р и М3к создают плоский и прессованный прокат, а также проволоку для электромеханической сварки деталей из чугуна и меди.

Самые распространенные сплавы меди

В сплавах меди и железа последнее выступает легирующим компонентом. Также таковым может выступать золото, марганец или цинк. Их доля в общем количестве составляет менее 10 %. Единственное исключение из правил – латунь. Ее концентрация может быть больше заявленной, конкретное число будет зависеть от условий применения.

Среди основных видов медных сплавов следует выделить:

  • Смесь меди и железа. Для обоих металлов характерны похожие химические показатели. Основное отличие заключается в температуре плавления, поэтому сплав железа и меди имеет пористую структуру.
  • Смесь с оловом. Сплав меди и олова использовали еще в давние времена. Так, в Древней Греции из смеси создавали настоящие произведения искусства, которые сейчас являются огромной ценностью для людей. Разумеется, современные характеристики сплава значительно отличаются от тех, которые существовали тысячи лет назад. Во многом это связано с улучшенными методиками производства. Сейчас для создания сплава применяются дуговые электропечи, а защита от окисления обеспечивается вакуумом. Закаливание смеси позволяет достичь высокого уровня пластичности и прочности.

Рекомендуем статьи

  • Алюминиевая бронза. Это смесь алюминия и меди, которая имеет коррозионную стойкость и способность к деформации. Ее используют в производстве деталей, которые планируется подвергать воздействию высокой температуры.
  • Смесь меди со свинцом. Для материала характерна антифрикционность и высокая прочность, по большей части обеспечиваемая свинцом.
  • Латунь. Сплав содержит два или три основных компонента.
  • Нейзильбер. Так называют сплав, где содержится медь, цинк и никель, доля которого составляет 6–34 %. Несмотря на то, что материал дешевле мельхиора, он имеет такие же качества и внешние признаки.

Сплавы из меди активно используются в автомобилестроении и производстве оборудования аграрного и химического назначения. Устойчивость к коррозии позволяет применять смеси в создании сверхпроводниковой техники.

Сплав железа и меди

Мягкая медь отлично подойдет для деталей, которые имеют трудновыполнимый узор. Она обладает всеми необходимыми свойствами, в первую очередь – вязкостью и пластичностью. Проволока из такого сплава будет отлично гнуться, а еще ее можно паять вместе с золотыми и серебряными поверхностями. Также смеси хорошо взаимодействуют с эмалью, при этом не расслаиваясь и не растрескиваясь.

Медь – металл, который действительно необходим в современных условиях. С ним получаются широко используемые сплавы железа и меди, алюминия и меди, олова и меди и не только. Антикоррозионные, антифрикционные и теплопроводные свойства позволяют применять смеси в производстве деталей.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Вредные примеси в стали

Вредные примеси в стали

Вредные примеси в стали не только ухудшают ее состав, но и могут привести к последующей деформации изготовленного из нее изделия. Однако нельзя все их рассматривать как нежелательные. Некоторые из них относят к полезным, а от других вообще невозможно избавиться, так как они постоянные. Да и нет необходимости их устранять, поскольку постоянные примеси могут влиять на качественные характеристики стали.

В этой статье мы поговорим о том, какими являются вредные примеси стали и как они влияют на ее состав и характеристики стальных изделий.

Полезные и специальные примеси в стали

Полезные и специальные примеси в стали

В стали встречаются вредные и полезные примеси. Сначала остановимся на полезных, к которым относят марганец и кремний:

  • Марганец – это химический элемент, благодаря которому возрастает прокаливаемость стали и снижается влияние серы, оказывающей вредное воздействие на металл.
  • Кремний – примесь данного элемента помогает раскислить сталь и, как следствие, повысить ее прочность. Его специально добавляют в металл в ходе его выплавки.

Углеродистая сталь содержит примесь кремния не более 0,35–0,4 % и марганец в количестве 0,5–0,8 %. Переход марганца и кремния в сталь происходит во время раскисления в ходе выплавки. Эти химические элементы соединяются с кислородом закиси железа FеO, а затем, превращаясь в окислы, переходят в шлак, то есть, иначе говоря, раскисляют сталь.

Данный процесс оказывает благоприятное воздействие на свойства стали. За счет дегазации металла кремнием увеличивается ее плотность. Часть химического элемента остается в феррите (твердом растворе) уже после раскисления, что приводит к значительному возрастанию предела текучести. При этом способность к холодной высадке и вытяжке у стали снижается.

Рекомендовано к прочтению

По этой причине производители снижают количество кремния в сталях, изготавливаемых для холодной штамповки и высадки. Прочность металла значительно повышается благодаря примеси марганца. Последний сильно уменьшает красноломкость стали, оставляя пластичность практически неизменной. Таким образом, резко падает хрупкость стали при воздействии высокой температуры, которая возникала из-за присутствия серы.

Для получения сталей, имеющих определенные свойства, в металл добавляют специальные примеси. Они носят название легирующих элементов. Стали же именуют легированными.

Остановимся подробно на назначении некоторых элементов:

  • Алюминий – его примесь помогает повысить окалино- и жаростойкость стали.
  • Медь – увеличивает стойкость стали к коррозии.
  • Хром – повышает прочность, твердость сталей, увеличивает стойкость к коррозии, при этом пластичность падает незначительно. Нержавеющей сталь делает большое содержание хрома.
  • Никель – повышает пластичность, прочность, делает сталь стойкой к коррозии.
  • Вольфрам – при добавлении в сталь создает корбиды (химические соединения повышенной твердости). Они значительно повышают красностойкость и твердость. Под воздействием вольфрама сталь перестает расширяться в процессе нагревания, а хрупкость при отпуске уходит.
  • Ванадий – способствует возрастанию плотности, прочности и твердости стали. Он признается прекрасным раскислителем.
  • Кобальт – под его воздействием увеличивается жаропрочность, стойкость к ударным нагрузкам, возрастают магнитные свойства.
  • Молибден – улучшается сопротивляемость стали к окислению в ходе воздействия на нее высоких температур, возрастает упругость, красностойкость, увеличивается стойкость к коррозии, повышается предел прочности к растяжению.
  • Титан – являясь прекрасным раскислителем, он повышает стойкость к коррозии, увеличивает плотность и прочность металла, делает лучше его обрабатываемость.
  • Церий – способствует возрастанию пластичности и прочности стали.
  • Цирконий (Ц) – воздействует на зернистость стали, давая возможность изготовить металл с установленным размером зерна, делает его мельче.
  • Лантан, неодим и цезий – уменьшают пористость стали, сокращают количество серы, делают качество поверхности лучше, а зерно мельче.

Вредные примеси в стали, которые ухудшают ее свойства

Давайте разберемся, какие вредные примеси содержатся в стали. Основными являются фосфор и сера.

Вредные примеси в стали, которые ухудшают ее свойства

Сера (S) содержится в сталях высокого качества в количестве не более 0,02–0,03 %. Для металла общего назначения этот показатель повышается до 0,03–0,04 %. С помощью спецобработки количество серы уменьшается до 0,005 %.

Растворения серы в железе не происходит, а образуется FeS (сульфид железа). Он входит в эвтектику, образующуюся при температуре +988 °С.

При высоком содержании серы сталь становится красноломкой. Это происходит из-за появления на границах зерен сульфидных эвтектик, имеющих низкую способность к плавке. Красноломкость появляется при температуре красного каления стали – +800 °С.

Плохое влияние сера оказывает на свариваемость, пластичность, ударную вязкость, а также поверхность металла. Это особенно заметно, если марганец и углерод содержатся лишь в небольших количествах.

Склонность к сегрегации на границах зерен у серы значительна. По этой причине в ходе нагрева пластичность стали падает. Если металл предназначен для дальнейшей обработки автоматическим механическим способом, то в состав обязательно добавляют серу в количестве от 0,08 % до 0,33 %, так как она способствует возрастанию у подшипниковых сталей усталостной прочности.

Марганец же снижает вредное воздействие серы на сталь. При жидком состоянии сплава он вступает в реакцию с образованием сульфида марганца, температура плавления которого составляет +1620 °С. Она значительно превышает температуру горячей обработки металла (от +800 °С до +1200 °С). При таком нагреве сульфиды марганца достаточно пластичны и просто деформируются.

Сера

Сегрегация фосфора (Р) в значительно меньшей, чем серы и углерода, степени происходит в ходе затвердевания сталей. Идет его растворение в феррите, из-за чего прочность металла увеличивается. Чем больший процент фосфора содержит сталь, тем выше ее хладноломкость и ниже ударная вязкость, пластичность.

Высокая температура среды позволяет достичь растворимости фосфора в пределах 1,2 %. Чем ниже становится температура, тем меньше растворимость фосфора. Она постепенно опускается до 0,02–0,03 %. Именно такое содержание данного химического элемента наблюдается в сталях. Это может говорить о том, что он, как правило, полностью растворяется в альфа-железе.

Отпускная хрупкость хромистых, хромоникелевых и хромомарганцевых, марганцевых и магниево-кремниевых легированных сталей во многом зависит от сегрегации фосфора по границам зерен. Элемент способствует замедлению распада мартенсита и повышает упрочняемость.

С целью улучшения механической (автоматической) обработки в низколегированные стали добавляют большое содержание фосфора.

При наличии углерода в количестве 0,1 % в конструкционной низколегированной стали фосфор должен увеличивать антикоррозийные свойства, а также прочность металла.

Наличие фосфора в хромоникелевых аустеничных сталях приводит к увеличению предела текучести. При попадании аустеничной нержавеющей стали в среду сильного окислителя присутствие в ее составе фосфора вызывает коррозию на границах зерен. Такое поведение предопределено сегрегацией фосфора на этих границах.

Углерод

Вредные примеси в стали – это не только сера и фосфор, но и углерод.

Медленно остывая, сталь приобретает структуру, состоящую их двух фаз – цементита и феррита. Цементит связан в стали с углеродом. Его содержание прямо пропорционально количеству последнего. При этом цементит имеет твердость, значительно превышающую жесткость феррита. Цементит, вернее, входящие в его состав частицы (хрупкие, твердые), увеличивают сопротивляемость деформации, повышая противодействие движению дислокации. Помимо того, снижается вязкость и пластичность металла.

Как следствие, при возрастании процента углерода происходит увеличение твердости стали, пределов ее текучести и прочности, снижение относительных сужения и удлинения, а также ударной вязкости. То есть чем больше углерода, тем легче сталь переходит в хладноломкое состояние. Если содержание углерода в стали колеблется в диапазоне 1,0–1,1 %, то растет твердость металла в отожженном состоянии. При этом предел прочности снижается.

Такое явление, как снижение прочности, наблюдается по причине выделения аустенита вторичного цементита на границах бывшего зерна. Этот цементит делает сплошную сетку в сталях с вышеуказанным составом. В ходе растяжения сетка напрягается и цемент, хрупкий по своей природе, начинает разрушаться. Все это является причиной распада и последующего уменьшения предела прочности. Увеличивая количество углерода, можно добиться уменьшения плотности стали, увеличения электросопротивляемости, коэрцитивной силы, снижения остаточной индукции, теплопроводности и магнитной проницаемости.

Рассматривая вопрос о том, какие вредные примеси присутствуют в стали, нельзя забывать о влиянии азота (N). Под его воздействием в металле образуются нитриды, представляющие собой неметаллические хрупкие инородные тела, которые делают свойства стали значительно хуже.

Однако вредные примеси в стали являются в какой-то мере полезными, а иногда и неустранимыми. К положительным сторонам примеси азота стоит отнести его способность увеличить аустеничную область диаграммы состояния металла. Он делает аустеничную структуру стабильнее. Кроме того, он способен заменить собой никель (но только частично) в рассматриваемых сталях.

Для увеличения прочности низколегированной стали прибегают к добавлению титана, ванадия и ниобия (нитридообразующих элементов). В процессе горячей обработки и последующего охлаждения, взаимодействуя, они создают небольшие карбонитриды и нитриды, придающие стали прочность.

Олово

Даже небольшое количество олова (Sn) вредно для стали. В легированных сталях этот элемент способен вызвать отпускную хрупкость. Кроме того, олово сегрегируется на границах зерен стали, уменьшает ее горячую пластичность в аустенитно-ферритной области диаграммы состояния. Непрерывнолитые слитки под воздействием олова имеют низкое качество поверхности.

Обсуждая вредные примеси в стали и их влияние на материал, нельзя забывать, пожалуй, о самом опасном из них – водороде. В процессе сварки этот химический элемент во всех случаях является вредной примесью. Причина заключается в излишнем охрупчивании стали. При проведении сварочных работ водород может попасть в расплав из:

  • атмосферы дугового разряда;
  • может уже содержаться в металле.

Поглощенный из атмосферы водород, пребывающий в ионизированном и атомарном виде, в ходе кристаллизации значительно уменьшает собственную растворимость. В результате его последующего выделения из материала в нем образуются трещины и поры.

Водород, уже находящийся в металле, может быть в виде гидрида (связанном) или в диффузно-подвижном состоянии (в виде твердого раствора). Молекулярный водород содержится в микронесплошностях материала.

Снизить количество водорода в сварочной зоне можно следующими способами:

  • используют окислители атмосферы (применяют специальные руднокислые электроды или работают под защитой CO2);
  • покрытия электродов и флюсы дополняют хлоридами и фторидами (ими могут быть соли и плавиковый шпат);
  • проводят просушку материалов, предназначенных для сварки (флюса, электродов, газов, проволоки и пр.).
  • Кислород.

Вредные примеси в стали включают в себя и кислород, который понижает пластичность металла. Для защиты материала при сварке используют процесс раскисления шва до определенной нормы. В ходе сварки титана, алюминия и прочих высокоактивных металлов мастера делают атмосферу внутри рабочей зоны без кислорода. Используя для этого гелий, аргон, галидные флюсы, они создают вакуум, поскольку для этих металлов достаточно сложно найти раскислители.

Сурьма

Сурьма (Sb) оказывает вредное влияние на поверхность стали (непрерывнолитых слитков). Причина заключается в ее сегрегации в процессе затвердевания металла. Когда сталь переходит в твердое состояние, сурьма сегрегирует на границах зерен, что приводит у легированных сталей к отпускной хрупкости.

Марки сталей

Марки сталей

Марки сталей классифицируются по различным параметрам: химическому составу, свойствам, качеству, сфере применения. Их расшифровку нужно знать работающим в сфере металлообработки специалистам, чтобы правильно выбрать материал для изготовления различных изделий. Знание марок сталей будет полезно и заказчикам для осуществления контроля качества.

Существуют специальные таблицы, по которым определяют марки стали. В нашем материале мы обозначим лишь основные понятия и метод классификации сталей. Такая информация поможет даже простому обывателю разобраться в этом сложном вопросе.

Для чего нужно знать расшифровку марок сталей

Для чего нужно знать расшифровку марок сталей

Каждому, чья работа связана с металлами, приходилось сталкиваться с понятием «марки стали». Расшифровка маркировки позволяет узнать химической состав, физические свойства сплава. Хотя на первый взгляд маркировка может показаться достаточно сложной, но в ней легко разобраться. Для этого нужно представлять себе принцип ее составления.

Для такого краткого описания сплава используют буквы и цифры, обозначающие химические элементы, их количество. А значит, для грамотной работы со сталями важно знать сами сокращения и как каждый элемент изменяет свойства готового сплава. Тогда удастся предельно точно определить, какими техническими характеристиками обладает определенная марка стали.

Получив заказ на изделие, проектировщики разрабатывают конструкцию, а также выбирают наиболее подходящие для конкретного случая марки сталей, опираясь на расшифровки их свойств. Создаваемое устройство должно функционировать в определенных условиях, поэтому оно рассматривается в процессе движения – так удается понять, какие части будут испытывать повышенные нагрузки.

Чтобы установить требования к прочности элементов, производят расчеты. На следующем этапе подбирают металл в соответствии с марками стали по ГОСТу, который сможет выдерживать многократное нагружение и трение. Чем большую нагрузку будет испытывать изделие, тем более ограничен конструктор в выборе материала. Далее изготавливается прототип устройства из выбранного металла, его испытывают в соответствии с используемыми в конкретной сфере методиками. На этом этапе может быть изменена марка стали. Отметим, что чаще всего для изготовления машин, устройств и сложных механизмов используется именно сталь.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Вне зависимости от конкретной сферы, работа с металлами предполагает понимание их марок, назначений и других характеристик, отображаемых в индексе. Благодаря цифрам и буквам, используемым в шифре, удается максимально быстро разобраться в особенностях металла, не требуя дополнительных уточнений. В этой статье изложен основополагающий принцип классификации, а также простой способ чтения маркировок сталей, наиболее распространенных в производстве.

Классификация марок сталей

Классификация марок сталей

Сталь – это сплав железа с углеродом, где доля последнего не превышает 2,14 %. Железо обеспечивает твердость металла, однако его чрезмерное содержание приводит к излишней хрупкости сплава.

При выделении марок сталей используют такие характеристики:

Химический состав

Это один из основных параметров, используемый при разделении сплавов на классы. По химическому составу стали делятся на марки легированной и углеродистой стали. При этом вторые могут быть малоуглеродистыми (с долей углерода не более 0,25 %), среднеуглеродистыми (0,25–0,6 %), высокоуглеродистыми, где больше 0,6 % углерода.

Добавляя в металл легирующие элементы, маркам стали сообщают определенные свойства. Различные комбинации видов и долей содержания добавок способны положительно отражаться на механических, магнитных, электрических свойствах сплавов, увеличивать их сопротивление ржавчине. Безусловно, изменять качество металлов можно методом термообработки, однако использование добавок наиболее эффективно.

По доле содержания в металле легирующих элементов стали делят на низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов), среднелегированные (с содержанием 2,5–10 %), высоколегированные сплавы с долей добавок свыше 10 %.

Назначение

По данному признаку стали принято делить на инструментальные, конструкционные и прецизионные, то есть отличающиеся особыми физическими характеристиками. Первые идут на изготовление штамповых, мерительных, режущих инструментов, тогда как вторые используются при производстве продукции для сферы строительства и машиностроения. Последняя разновидность идет на изделия, от которых требуются особые качества, например, имеющие определенные магнитные, прочностные характеристики.

Речь идет о разделении сталей на нержавеющие, окалиностойкие, жаропрочные, пр. Марки нержавеющей стали делятся на две разные категории: коррозионностойкие и нержавеющие пищевые.

Определение качества марок сталей

Определение качества марок сталей

В составе различных марок сплавов присутствуют посторонние примеси. Это преимущественно такие вещества, как фосфор, сера, кислород в несвязанном виде, азот. Все они негативно отражаются на эксплуатационных характеристиках металла.

Как именно такие примеси сказываются на качестве сплава?

  • Фосфор придает металлу хладноломкость, снижает его пластичность.
  • Сера является причиной трещиноватости при высоких температурах нагрева.

В зависимости от содержания примесей устанавливается показатель качества металла:

  • обыкновенная сталь отличается существенным количеством примесей 0,06–0,07 % серы и фосфора;
  • качественный сплав имеет долю примесей не более 0,035 %;
  • высококачественная сталь большой степени очистки от нежелательных включений – 0,025 %;
  • особо высококачественная сталь содержит серы до 0,015 %, фосфора – 0,02 %.

Для марки стали обыкновенного качества существует несколько маркировок:

  • А – металл с самой высокой долей примесей;
  • Б – сбалансированный по содержанию;
  • В – с гарантированным составом.

В каждой группе может быть выделено еще три подгруппы в зависимости от различных физических параметров.

Избавиться от кислорода, содержащегося в металле, позволяет раскисление, то есть операция, осуществляемая в плавильной печи. Исходя из уровня извлечения кислорода из сталей, марке присваивают тип и указатель:

  • спокойные – «СП»;
  • полуспокойные – «ПС»;
  • кипящие марки – «КП».

Основные марки стали для изготовления конструкций

Основные марки стали для изготовления конструкций

Существует множество видов стали, однако основная доля выплавляемого металла идет на производство конструкционной стали. Она бывает таких видов:

  • Строительная. Это низколегированный сплав с хорошей свариваемостью, который чаще всего используется для изготовления строительных конструкций.
  • Пружинная. Отличается высокими показателями упругости, усталостной прочности, сопротивления разрушению. Применяется для производства пружин, рессор.
  • Подшипниковая. Ее главными свойствами является высокая износостойкость, прочность, низкая текучесть. В соответствии со своим названием, данная разновидность используется при производстве узлов и элементов подшипников различного назначения.
  • Коррозионностойкая, также известная как нержавеющая. Это высоколегированная сталь, обладающая повышенной стойкостью к воздействию агрессивных веществ.
  • Жаропрочная. Изделия из нее могут долгое время работать в нагруженном состоянии при повышенных температурах, поэтому данная марка используется при производстве деталей двигателей, в том числе газотурбинных.
  • Инструментальная. Является материалом для изготовления измерительных инструментов, а также устройств для обработки металлов и древесины.
  • Быстрорежущая. Используется при производстве металлообрабатывающего оборудования.
  • Цементируемая. Необходима в качестве материала деталей и узлов, функционирующих при серьезных динамических нагрузках в условиях поверхностного износа.

Чтобы точно определить, какая марка стали скрывается за расшифровкой, важно знать буквы в маркировках, обозначающие каждый из видов.

Расшифровка марок сталей

Расшифровка марок сталей

Расшифровка обозначений марки стали:

  • «Ст» – обыкновенная нелегированная сталь. Так, «Ст3» обозначает металл с содержанием углерода 0,3 %, «Ст3кп» – кипящая сталь, «Сст3сп» – спокойная, «Ст3пс» – полуспокойная, «Ст3св» – свариваемая. Если буквы отсутствуют, то перед вами спокойная сталь.
  • Группа «А» – сталь с гарантируемыми механическими свойствами (поставляемый металл не проходит термическую обработку). В данном случае могут встречаться такие маркировки: Ст0 – Ст6.
  • Группа «Б» – сплав гарантированного состава, который подвергается термической обработке непосредственно у потребителя. На таком металле может стоять обозначение «БСт3».
  • Группа «В» – сталь с гарантированными составом и механическими свойствами, используемая для изготовления сварных конструкций. Например, может маркироваться «ВСт3сп».
  • «Пп» – металл, характеризующийся пониженной прокаливаемостью. Используется в качестве материала деталей тонких сечений, требующих высокой поверхностной твердости и подвергаемых термической обработке с нагревом ТВЧ. Пример: «Ст58пп».
  • Качественная нелегированная сталь. Например, «Ст20», где содержится 0,2 % углерода, то есть обозначение ведется в сотых долях процента. По такому же принципу расшифровываются «Ст10», «Ст45», «Ст65».
  • «К» – качественная углеродистая сталь. Данное обозначение ставиться в конце маркировки, то есть «20К», «15К». Такой металл применяется для производства днищ, котлов, сосудов высокого давления.
  • «Л» – литейная конструкционная сталь, буква «Л» должна находиться в конце обозначения. Допустим, «110Г13Л» говорит о том, что данная марка содержит 1,1 % С, около 13 % Mn, является литейной. В соответствии с названием, для производства сплава используется метод литья.
  • Конструкционная низколегированная сталь. Маркировка «Ст09Г2С» говорит о доли углерода – 0,09 %, марганца – 2 %, кремния – не более 1–1,5 %, при таком показателе цифра не указывается.
  • «С» – строительная сталь. Когда обозначение «С» стоит в начале маркировки, после нее фиксируется минимальный предел текучести. Кроме того, при указании марки сталей используются дополнительные обозначения: «К» – повышенная коррозионная стойкость («С390К», «С375К»); «Т» – термоупрочненный прокат («С345Т», «С390Т»); «Д» – повышенное содержание меди («С345Д», «С375Д»).
  • «Е» – металл, имеющий особые магнитные свойства. Данное обозначение также располагается в начале маркировки. Так, из «ЕХ9К5» производят мощные постоянные магниты.
  • «У» – углеродистая инструментальная сталь. В качестве примера можно привести «У8ГА» с долей углерода 0,08 %, где «Г» обозначает повышенное содержание марганца, «А» – высокое качество материала.
  • «А» – высококачественная сталь, если данная буква расположена в конце маркировки. Например, «40А» обозначает, что эта марка содержит около 0,4 % углерода и относится к сталям высокого качества.
  • «Э» – электротехническая сталь, которую еще называют технически чистым железом. Речь идет о тонколистовой стали, которая применяется для изготовления шихтованных магнитопроводов электротехнического оборудования, а именно: для электромагнитов, трансформаторов, генераторов, электродвигателей.

Это такие маркировки, как «10880», «21880», пр. Первая цифра обозначает способ обработки листовой стали: «1» – кованые или горячекатаные марки; «2» – калиброванные марки. Вторая цифра, которая идет за обозначением марки горячекатаной стали, свидетельствует о наличии нормируемого коэффициента старения: «0» – без коэффициента; «1» – с коэффициентом. Третья цифра отображает группу по основной нормируемой характеристике. Две последние цифры используются для фиксации значений основной нормируемой характеристики.

  • «А» – автоматная сталь, буква также ставится в начале маркировки. Данный материал отличается низкой пластичностью, поэтому применяется во время производства неответственных деталей, шпилек, болтов, гаек массового производства. Это такие разновидности, как «АС20ХГНМ», «А12», «А20».
  • «АС» – автоматная, легированная свинцом. Например, «АС35Г2» содержит 0,35 % углерода, 2 % марганца и свинца не более 1 %.
  • «Р» – быстрорежущая инструментальная сталь, данное обозначение также ставится в начале маркировки. Так, в «Р6М5» доля вольфрама составляет 6 %, а молибдена – 5 %.
  • «Ш» – шарикоподшипниковая сталь. Отличается повышенной прочностью, износоустойчивостью, выносливостью. Допустим, марка «ШХ9» говорит о содержании хрома 0,9 % и углерода около 1 %.

Примеры расшифровки некоторых марок сталей

Примеры расшифровки некоторых марок сталей

  • «12» говорит о доле углерода 0,12 %;
  • «Х18» – хрома 18 %;
  • «Н10» – никеля 10 %;
  • «Т» – титана до 1–1,5 %, из-за чего цифра отсутствует.

Марка стали «09Г2С» обозначает, что в составе металла:

  • «09» –0,09 % углерода;
  • «Г2» – марганца 2 %;
  • «C» – кремния в пределах 1–1,5 %, что позволяет не писать соответствующую цифру.

Для стали «20ЮЧ» и «20ЮЧА» характерно:

  • «20» – 0,2 % углерода;
  • «Ю» – алюминия 0,03–0,1 %;
  • «Ч» – наличие редкоземельных металлов, таких как цирконий, титан, кальций, церий, необходимых для глобуляризации сульфидных неметаллических включений;
  • «А» – свидетельствует о высоком качестве металла, так как находится в конце шифра, иными словами, в данной стали содержится не более 0,025 % серы и фосфора.

Назовем еще несколько марок сталей и также разберем их обозначения:

  • «30ХГСА» – в данном сплаве присутствует 0,3 % углерода, есть хром (Х), марганец (Г), кремний (С), но их доля не превышает 1,5 %. Знак «А» указывает на высокое качества сплава.
  • «У8ГА» – инструментальная высококачественная сталь с добавлением марганца и долей углерода 0,8 %.
  • «Р6М5Ф2К8» – быстрорежущая сталь, в составе которой есть 5 % молибдена, 2 % ванадия, 8 % кобальта. Также в ней присутствует хром, но данный элемент является обязательным для всех быстрорежущих сталей, где его примерно 4 %, поэтому его не указывают в маркировке. Вольфрам тоже всегда есть в составе таких сплавов, но его прописывают, так как доля не фиксирована. В нашем случае сплав содержит 6 % вольфрама.
  • «Ст3сп5» –конструкционная нелегированная сталь, полностью раскисленная, то есть спокойная, пятой категории. Все эти характеристики говорят о том, что металл подходит для создания несущих сварных конструкций.
  • «ХВГ» – в данном сплаве есть хром, вольфрам и марганец, но их доля не превышает 1 %. Также присутствуют дополнительные легирующие элементы – не более чем по 0,5 %.

Быстро разобраться с марками стали позволяют таблицы, однако этого специального инструмента может не быть под рукой в нужный момент. Благодаря описанным выше принципам определения марки даже непрофессионал сможет узнать по шифру базовые качества, например, определенной марки оцинкованной стали, ее назначение, и подобрать наиболее подходящий для работы сплав.

Такие сведения позволяют определить свойства металла, рассчитать расходы. Если производство не связано с использованием особых характеристик, вполне могут использоваться марки стали, не содержащие в себе дорогих компонентов. А ведь именно последние серьезно повышают цену сплава.

Очень редко можно столкнуться с нестандартными индексами, при расшифровке которых необходимо уточнение – в этом случае приходится прибегать к таблицам и справочникам. Выше мы разобрали встречающиеся чаще всего обозначения, которые дают всю необходимую информацию о свойствах стали.

Медистые порошковые стали

Медь - один из первых элементов, примененных для легирования порошковых материалов на основе железа. Введение меди расширяет область v-железа, т.е. повышает точку и понижает точку (рис. 3). Растворимость меди в v-железе больше, чем в a-железе. Максимальная растворимость меди в v-твердом растворе составляет примерно 9 % при 1094 С, а в а-железе - 1,4 % при 850 С. При снижении температуры растворимость меди быстро уменьшается и при комнатной температуре составляет ~ 0,2 %.

Медь является графитизирующим элементом и при введении в сталь способствует разложению цементита на феррит и углерод отжига (графит). Она уменьшает критическую скорость закалки, увеличивая прокаливаемость стали. При введении в сталь медь уменьшает обезуглероживание и увеличивает количество перлита в структуре, замедляет диффузию углерода в железо, препятствует образованию структурно-свободного цементита.


Как некарбидообразующий элемент медь главным образом упрочняет феррит, и ее влияние на механические свойства стали проявляется более эффективно при низком содержании углерода. Так, если в низкоуглеродистой медистой стали твердость и предел прочности примерно на 30 % выше, а удлинение на 30 % ниже, чем у простой углеродистой стали, то при содержании углерода 0,9 % разницы в механических свойствах углеродистой стали и медистой стали почти не наблюдается.

Медь является одним из самых важных в порошковой металлургии легирующих элементов, в то время как в производстве литой стали она играет второстепенную роль. Это связано с особенностями порошковых сталей, обусловливающими различия в целях легирования литых и порошковых сталей.

Согласно Айзенкольбу, при введении меди повышается прочность спеченного железа, а при содержании меди около 2 % усадка практически отсутствует, что позволяет получать детали с точными размерами. При содержании меди выше 2 % происходит рост спеченных брикетов. Максимальный рост отмечен при содержании 8 % меди (рис. 4). Механизм роста исследуется уже более 30 лет. Первые результаты этих исследований были обобщены Бокштигелем, Бернером и другими. Несмотря на многочисленные исследования, точный механизм роста до сих пор не ясен, так как на изменение размеров одновременно влияет несколько процессов. Однако некоторые общие черты роста хорошо известны: при температуре выше точки плавления меди скорость роста увеличивается; величина роста увеличивается по мере добавления меди и достигает максимума примерно при 8 % меди; дополнительные легирующие компоненты (например, углерод) влияют на изменение размера брикета.

Предложены две теории для объяснения механизма роста брикетов при спекании: а) расширение решетки железа в результате растворения меди и б) пенетрация кристаллической границы и распростанение жидкой меди.

Согласно первой теории, предложенной Кузмиком, Гуммесоном и Эллиотом, расширение решетки железа вследствие образования твердого раствора меди в железе является причиной роста, поэтому максимальный рост ожидается при максимальной растворимости меди в аустените (около 8 %). Трудел и Анжере обнаружили, что диффузия меди частично балансирует усадку, которая имеет место во время 30-мин спекания при температуре 1120 С. Рост образцов наблюдается даже после очень коротких (10 мин) периодов спекания. Такая высокая скорость роста объясняется тем, что диффузия по границам зерен является регулятором этой скорости. В этом отношении можно заметить, что хотя кристаллические границы действуют как каналы для быстрого распространения растворенного вещества, конечная скорость гомогенизации регулируется объемной диффузией. Модель диффузии была критически исследована Бернером и др. и они отметили, что даже при идеальных условиях полного увлажнения жидкой медью твердый раствор меди в железе не может быть причиной увеличения скорости роста.

Согласно второй теории, рост брикетов при спекании происходит вследствие пенетрации кристаллической границы и распространения жидкой меди. Жидкая фаза проникает через кристаллическую границу в том случае, если межповерх-ностная свободная энергия на границе твердой и жидкой фаз (vSL) меньше свободной энергии кристаллической границы (vgb) более чем на половину. Это как раз возможно в системе железо - медь. Таким образом, при 2vSL < vgb жидкая медь проникает сквозь границы, распределяется отдельно от частиц железа, вследствие чего и происходит увеличение размеров. Эта теория удовлетворительно объясняет высокую скорость роста, наблюдаемого при температурах выше точки плавления меди.

Добавление других легирующих элементов к системе железо - медь оказывает влияние на рост брикетов, усиливая или ослабляя его. Так, углерод уменьшает рост. Свенсен обнаружил, что рост, вызванный медью, можно компенсировать добалением никеля в сплавы, содержащие не более 2 % меди, но при большем содержании меди никель не противодействует росту.

Рост железомедных брикетов зависит от температуры. Бернер показал, что максимальный рост наблюдается при температуре 1150 С.

Между этими двумя теориями есть взаимосвязь. Как в первой, так и во второй теории немаловажная роль отводится смачиваемости. Чем меньше краевой угол смачивания, тем легче жидкая фаза растекается вдоль границы между отдельными частицами. При этом, с одной стороны, усиливается эффект пенетрации, так как расплавленный металл равномерно распределяется по всему объему прессовки, растекаясь по кристаллическим границам. С другой стороны, по мере улучшения условий смачивания увеличивается контактная поверхность раздела между жидкой и твердой фазами, что ускоряет процессы диффузии.

Железомедные сплавы имеют склонность к дисперсионному твердению, что может быть использовано как один из видов термической обработки сплавов. Согласно исследованиям, проведенным Фадке и Дэвисом, максимальный эффект дисперсионного твердения достигается на основе Fe - 2 % Cu после закалки и старения при 500 С. Твердость при этом возрастает со 100 до 155 единиц по Бринеллю.

Способ введения меди оказывает существенное влияние на структуру и свойства материала. В работе исследовали железомедные материалы, полученные механическим смешиванием порошков, и материалы на основе железа, частицы которого были покрыты пленкой меди путем омеднения в подкисленном растворе сернокислой меди.

Отжиг плакированного железного порошка при 850 и 900 С в течение 30 мин позволил зафиксировать 2,0 и 2,5 % Cu в твердом растворе, что соответствует предельной растворимости меди в железе при этих температурах. Исследование структуры и свойств показало, что сплавы из омедненного железного порошка более гомогенны и имеют более стабильные свойства.

При получении медистой порошковой стали большое влияние на свойства оказывает углерод, который обычно вводят в композицию перед прессованием. При одновременном введении меди и графита твердость и прочность повышаются сильнее, чем это можно ожидать при использовании каждого из этих элементов в отдельности. Введение графита в железомедистую композицию уменьшает рост при спекании, а присадка меди к брикетам уменьшает обезуглероживание. Введение меди в железографитовый материал способствует получению более однородной структуры, уменьшает усадку, стабилизирует размеры деталей, увеличивает твердость. Это приводит соответственно к получению более высокого уровня свойств медистых сталей по сравнению с железографитом (табл.1).


Модуль упругости спеченных медистых сталей зависит от их пористости. Так, для стали Fe - 2 - 3,5 % Cu - 1,1 - 1,5 % С при пористости 13 - 16 % модуль упругости составляет (10 - 14,7)*10в3 МПа, а для стали Fe - 8%Cu - 2%C при значениях пористости 15, 20 и 30 % - соответственно (12 - 14)*10в3; (10 - 12)*10в3 и (5,7 - 7,8)*10в3 МПа. По данным ИПМ АН Украины нелегированный железографит с мелкозернистой перлитной структурой имеет худшую прирабатываемость, меньшую износостойкость и более высокий коэффициент трения, чем серый чугун, содержащий графитовые включения.

Введение в железографит 2 % Cu повышает его износостойкость вследствие образования твердого раствора и протекания процессов дисперсионного твердения.

В период приработки железомедьграфитовый материал достиг, а в период установившегося изнашивания превзошел серый чугун по износостойкости в 1,5 раза, но уступал хромированному чугуну. Характерными для железомедьграфитового материала является наличие процессов кратковременного схватывания, проявляющихся в виде микровсплесков на кривых изнашивания, что, очевидно, вызвано содержанием в материале включений структурно-свободной меди. Процессы схватывания обусловили увеличение времени стабилизации коэффициента трения и повышенный в сравнении с серым чугуном износ контртел железо-медьграфитовым материалом.

Для улучшения свойств материалов в железную основу вводят не чистую медь, а сплавы на ее основе (например, бронзовый порошок). Порошок можно вводить либо путем механического смешивания компонентов, либо путем омеднения частиц железного порошка с последующим нанесением на них слоя олова. Полученную тем или иным способом шихту прессуют и спекают. В процессе часть меди растворяется в железе, упрочняя его, а часть растворяет в себе олово, образуя оловянистую бронзу, обладающую высокими антифрикционными свойствами. Полученные материалы по свойствам не уступали литым бронзам.

В работе исследована ползучесть спеченной медистой стали как материала, которой может быть использован в качестве жаропрочного. Сталь содержала 0,8 % углерода и 2 % меди. Образцы прессовали при давлении 650 МПа. Плотность после спекания составляла 6,8 г/см3. Авторы выделяют две стадии ползучести. Первоначальная ползучесть может быть описана тем же степенным законом, который часто используется для обычных металлов в диапазоне 0,2-0,7 Tпл:



Во время вторичной ползучести деформация линейно возрастает со временем. Даже при сравнительно низких напряжениях зависимость скорости вторичного крипа от напряжения лучше всего представлена экспоненциальным законом


где А и в - коэффициенты.

Для компактных металлов это уравнение, как правило, применимо в случае высоких внутренних напряжений. Для спеченных сталей этот закон, по-видимому, применим в случае небольших напряжений, потому что при общем низком уровне напряжений вокруг пор концентрируются локальные высокие микронапряжения.

Температурная зависимость скорости вторичного крипа, по мнению авторов работы, может быть выражена в терминах энергии активации крипа, которая отождествляется с энергией активации самодиффузии даже когда температура значительно ниже 0,5 Тпл. Это по-видимому, объясняется тем, что поры в спеченных металлах являются прекрасным источником вакансий.

При исследовании характера разрушения при ползучести установлено, что процесс разрушения подобен разрушению при растяжении в исследованных сталях и что оба происходят в результате соединения пор. He удивительно, что деформация ползучести подобна удлинению при растяжении.

При очень хорошей корреляции между установившейся скоростью ползучести и энергией активации для получения эталонной кривой ползучести - разрушения в спеченной стали может быть использован параметр ОSD (времени, компенсированного температурой), так как время ползучести-разрушения обратно пропорционально скорости вторичной ползучести. Во всем диапазоне напряжений и температуры, применяемых в экспериментах, предел ползучести является линейной функцией выражения (IntR - АНс/RT), являющегося логарифмом OSD параметра. Здесь tR - время разрушения, AHc - энергия активации ползучести, R - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура.

Эталонная кривая может быть также построена с помощью параметра Ларсана - Миллера (LM параметра), который выводят из допущения, что скорость устойчивого крипа выражается уравнением



где E - константа; Q(b) - энергия активации, зависящая от напряжения. Время ползучести-разрушения обратно пропорционально скорости устойчивого крипа, так что



Исходя из этого предел прочности на разрыв bR, согласно Ларсону и Миллеру, можно представить уравнением


где С - константа, которая для широкого ряда металлов приблизительно равна 20.

Проведенные исследования показали, что коэффициент корреляции для разрушающего напряжения как функции OSD параметра составляет 0,991, a LM параметра 0,992, т.е. существенной разницы нет. Тем не менее, учитывая, что энергия активации крипа по расчетам авторов работы близка к энергии активации самодиффузии железа и что наклон эталонной кривой разрушающего напряжения, построенной с использованием OSD параметра, соответствует точно предсказанному значению из данных устойчивого крипа, авторы работы считают, что OSD параметр является более предпочтительным. Именно этот параметр они использовали для предсказания средних значений предела прочности на разрыв при ползучести спеченной стали, содержащей 0,77 % С и 2 % Cu. Согласно полученным результатам, эти значения составляют гораздо меньшую долю от прочности на растяжение при комнатной температуре по сравнению с данными для прокатанной пластины из стали, содержащей 0,13 - 0,2 % С и 1,02 - 1,54 % Mn. Так, например, спеченная сталь при 450 °С выдерживает нагрузку 100 МПа в течение 100 ч, что составляет 26 % от предела прочности на растяжение при комнатной температуре, в то время как прокатанная пластина выдерживает при этой температуре нагрузку 240 МПа, что составляет 51 % от предела прочности на растяжение при комнатной температуре. При ползучести в течение 10000 ч при 450°С эти значения соответственно составляют 20 МПа (5 %) для спеченной стали и 130 МПа (28 %) для прокатанной пластины.

Более низкие значения предела прочности на разрыв спеченных металлов авторы связывают с влиянием пор, которые могут начать увеличиваться немедленно после приложения нагрузки без какого-либо предварительного крипа до образования пустот. Поскольку предел ползучести зависит от деформации, следует ожидать, что более пластичные металлы должны обладать высокой прочностью.

Спеченные стали из-за наличия пористости окисляются быстрее компактных. Так, авторы работы показали, что через 28 дней при температуре 450 °С толщина оксида на поверхности образцов из спеченной медистой стали примерно в два с половиной раза превышает толщину оксидного слоя на образцах из компактной стали того же состава. Рост толщины оксидного слоя подчиняется соотношению


где v - коэффициент; t - время.

Хотя толщина поверхностного слоя оксидов растет с увеличением времени, внутреннее окисление идет менее активно и толщина слоя оксидов на внутренних порах превышает 0,5 мкм. Это объясняется тем, что окисление внутри пор блокирует их и приводит к сокращению открытой пористости, предупреждая дальнейший доступ воздуха. Окисление вызывает некоторое снижение прочности на растяжение в спеченных сталях, обусловленное уменьшением площади поперечного сечения.

Читайте также: