Сталь – это сплав железа с углеродом и примесями. Обычно она содержит от 0,05 до 2,0% углерода.
Железо и сплавы на его основе- кристаллические тела, в которых атомы занимают определенное положение , образуя кристаллическую решетку.
У железа не одна, две кристаллических решетки в зависимости от температуры нагрева. это свойство называют полиморфизмом. Это свойство определяет многие ценные свойства сплавов, построенных на базе этого элемента. Различным модификациям железа, являющимся следствием его полиморфизма, даны обозначения α , γ и δ.
При температуре нагрева ниже 911 устойчивой кристаллической решеткой будет решетка объемно-центрированного куба с длинной ребра а=2,86А.
т
При температуре от 911 до 1392 - устойчивой кристаллической решеткой будет гранецентрированная кубическая решетка с длиной ребра а=3,56 А.
При температуре выше 1392 происходит перестройка решетки назад в объемно-центрированную кубическую решетку, которая сохраняется до температуры плавления 1536 .
Максимальная растворимость углерода в - железе доходит до 2%. Этот твердый раствор называют аустенитом.
Максимальная растворимость углерода в α- железе всего 0,03% , а в -железе до 0,1% твердый раствор углерода в α и - железе называют ферритом.
Перестройка гранецентрированной кубической решетки γ-железа в объемно-центрированную кубическую решетку α-железа вызывает превращение аустенита в феррит, и для безуглеродистого чистого железа происходит при температуре А 3 = 911 С 0 . Внедрение углерода в решетку железа приводит к снижению температуры полиморфного превращения и к появлению температурного интервала, в котором происходит полиморфное превращение. При увеличении содержания углерода до 0,8 % полиморфное превращение происходит при температуре А 1 = 723 С 0 . При дальнейшем увеличении содержания углерода до 2%, температура превращения остается равной 723 С 0 .
Содержание углерода в сталях обычно выше 0,1%. Избыточной (не растворившейся) углерод образует с α и δ железом метастабильную фазу - карбид железа , называемый цементитом, имеющим отличную от твердых растворов железа орторомбическую кристаллическую решетку.
Аустенит, содержащий до 0,8% углерода, претерпевает полиморфное превращение при температуре 723 . Это температура называется эвтектойдной, а реакция образования смеси из 2 твердых фаз, феррита и аустенита при этой температуре называется эвтектической реакцией. Образование кристаллов феррита и цементита происходит одновременно. Они образуют мелкую (дисперсную) смесь. Получившаяся структура названа перлитом. Её дисперсные разновидности: сорбити тростит.
Стали содержащие от 0,025 до 0,8% углерода называются доэвтектойдными, они содержит феррит и перлит.
Стали содержащие >0,8% углерода- заэвтектоидные- состоят из перлита и цементита.
Сталь, имеющая аустенитную структуру – пластична. Она используется для производства стальных полуфабрикатов (для прокатки , ковки, штамповки и др.).