Короткі теоретичні відомості. Сталі– залізовуглецеві сплави зі вмістом вуглецю до 2,14%.

Сталі – залізовуглецеві сплави зі вмістом вуглецю до 2, 14%.

На діаграмі стану Fе-Fе₃С сталі займають область, що, розташована ліворуч точки Е. Структура і властивості вуглецевих сталей залежать від змісту вуглецю в них. Рівноважними є структури, які одержані в умовах нескінченно повільного охолодження рідкого розплаву, в результаті чого всі фазові перетворення відбуваються відповідно до діаграми стану. Швидке охолодження у воді, в мастилі, на повітрі або в інших швидкоохолоджувальних середовищах приводить до одержання нерівноважних загартованих структур.

Відповідно до діаграми " залізо-цементит" сталі класифікуються на:

а) доевтектоїдні – зі вмістом вуглецю від 0, 025% до 0, 8%;

б) евтектоїдні – зі вмістом вуглецю 0, 8%;

в) заевтектоїдні – зі вмістом вуглецю від 0, 8% до 2, 14%.

Метал, який складається з хімічного елемента – заліза та інших хімічних елементів, що входять до його складу як домішки або забруднення, – називається технічним залізом. Вуглець у технічному залізі також є домішок і його вміст не більше 0, 006%.

Зі збільшенням вмісту вуглецю кількість перліту в доевтектоїдній сталі збільшується, а кількість фериту зменшується. Евтектоїдна сталь має чисто перлітну структуру (100 % П), де назва перліт походе від слова перламутр (суміш двох фаз: зерен заліза - ферита і зерен карбід-заліза - цементита). Структура заевтектоїдної сталі – перлітно-цементитна. З підвищенням вмісту вуглецю від 0, 8 до 2, 14 % кількість вторинного цементиту в заевтектоїдній сталі збільшується. Сталь зі вмістом вуглецю 2, 14 % містить до 23 % вторинного цементиту.

Приблизно кількість вуглецю в доевтектоїдних сталях визначається за формулою, попередньо визначивши площу S (%), яку займає перліт на зрізі мікрошліфу, %:

, (1)

де S_П – площа, яку займають перлітні зерна, %;

0, 8 – масова частка вуглецю в перліті, %.

Вважатимемо, що S_П=60%, тоді

.

Отже, за вмістом вуглецю мікроструктура відповідає сталі 50.

Кількість вуглецю, що міститься в заевтектоїдних сталях, визначити складно через труднощі визначення площі, яку займає цементитна сітка. Щоб визначити масову частку вуглецю в заевтектоїдних сталях за мікроструктурою потрібно врахувати яку площу займає перліт і цементит, в яких міститься вуглець, %:

, (2)

де S_П – площа, яку займають перлітні зерна, %;

S_Ц – площа, яку займає цементитні зерна, %,

беремо відповідно 97%, 3%, тоді масова частка вуглецю в сталі становить:

. (3)