Технологические свойства углеродистой стали и область ее применения

Отдельные изделия изготовляют обработкой резанием, ковкой, штамповкой, сваркой, литьём. Поведение сталей при обработке (технологические свойства) влияет на их качество, себестоимость и производительность труда.

Обрабатываемость резанием углеродистой стали характеризуется стойкостью режущего инструмента (время работы между переточками), допустимыми скоростями и усилиями резания, чистотой обработанной поверхности. С увеличением прочности и твердости, т.е. с повышением содержания углерода в стали, обрабатываемость ее ухудшается, но стали и с очень малым содержанием углерода (со структурой почти чистого феррита) обрабатываются плохо из-за низкой чистоты поверхности. Оптимальной обрабатываемостью обладают доэвтектоидные стали со структурой пластинчатого (а эвтектоидные и заэвтектоидные - со структурой зернистого) перлита. Обрабатываемость зависит также от величины зерна: лучше обрабатываются крупнозернистые стали (образуется сыпучая стружка). Хорошо обрабатываются стали с повышенным содержанием серы и фосфора (до 0,1-0,3%).

Штампуемость ухудшается с повышением прочностных свойств стали, особенно предела текучести (s_0.2). Способность стали к вытяжке характеризуется отношением s_0.2/s_в, которое для глубокой витяжки равно 0,65-0,70, а сталь должна содержать около 0,08%С, до 0,4%Мn и не более 0,3% Si (т.е. обычная "кипящая" сталь). Большое влияние на качество штамповок оказывает величина зерна: крупнозернистые стали с неоднородным зерном дают шероховатую поверхность и склонны к образованию разрывов при штамповке, а очень мелкозернистые - пружинят и сильно изнашиваются штампы.

Свариваемость стали определяется качеством металла в сварном шве и околошовной зоне. Чем шире температурный интервал кристаллизации, тем легче образуются горячие трещины. Интервал кристаллизации возрастает с увеличением содержания углерода (см. рис.1), следовательно, свариваемость ухудшается. Кроме того, повышение содержания углерода увеличивает закаливаемость стали, что способствует образованию трещин при пониженных температурах (холодные трещины). Поэтому содержание углерода в свариваемых сталях ограничивается.

Литейные свойства стали - жидкотекучесть (заполняемость металлом формы), склонность к ликвации, чистота поверхности отливок (пригар), объёмная усадка (склонность к образованию усадочных раковин и рыхлости), линейная усадка (склонность к образованию трещин) - ухудшаются с повышением содержания углерода. Поэтому для литья используют обычно стали с содержанием углерода до 0.4%. Но в этом случае литейные свойства стали невысокие: имеется склонность к образованию раковин, трещин, плохая жидкотекучесть, большой пригар.

Структура стали характеризует ее свойства, а следовательно, и область применения.

Доэвтектоидные стали являются конструкционным материалом, применяемым для изготовления большой номенклатуры деталей машин.

Стали, содержащие более 0,7% углерода, используются в основном как инструментальные. Высокоуглеродистые (С >1%) стали повышенной стойкости и износостойкости, применяют для изготовления режущего инструмента; стали с меньшим содержанием углерода, обладающие одновременно достаточной вязкостью, используют для изготовления инструмента, работающего с ударными нагрузками.