Влияние углерода в сплавах железа. Почти все производимое в промышленности железо содержит углерод. В зависимости от условий получения углерод в сплаве может быть:

• растворенным в железе;
• химически связанным с железом в карбид железа – цементит Fe₃C;
• распределенным в железе в виде кристалликов графита.

При максимальном содержании (6,67%) весь углерод в сплаве с железом находится в форме цементита. Свойства сплава на основе железа при повышении содержания углерода существенно изменяются:

• снижается способность к деформации;
• повышается твердость и хрупкость;
• максимально увеличивается эластичность;
• достигает минимума температура плавления (1145*С при 4,28% C);
• снижается ковкость, вальцуемость и свариваемость, основанные на способности металла деформироваться в состоянии размягчения до достижения температуры плавления;
• улучшаются литейные свойства, поскольку состояние жидкотекучести металла достигается при более низкой температуре;
• появляется и увеличивается степень остаточного магнетизма.

Виды сплавов железа с углеродом. В зависимости от содержания углерода сплавы на основе железа подразделяют:

• нелегированные стали (содержание углерода 0,02 – 2,06%), это твердые, эластичные, устойчивые к деформации сплавы, обладающие меньшей ковкостью и более низкой температурой плавления, чем для чистого железа; при содержании углерода более 0,2% твердость сплава может быть увеличена закалкой; хорошо поддается вальцовке и сварке, при относительно высоких температурах хорошо отливаются (литейная сталь);
• чугуны (содержание углерода > 2,06%, включают многие примеси), это очень твердые, хрупкие и несжимаемые сплавы, разрушаются при сгибании, толчках и ударах, при содержании углерода около 4,5% имеют более низкую температуру плавления, чем стали, хорошо отливаются, но не поддаются сварке и прокатке.

Влияние примесей на сплавы железа. Специально вводимые в сталь и чугун примеси (легирующие добавки) придают сплавам различные технически полезные свойства. Различают неметаллические примеси (S, P, N, H, Si) – так называемые спутники железа (водород попадает в железо при травлении), которые, хорошо в нем удерживаются. Фосфор, в частности, улучшает литейные свойства, снижая вязкость сплава; кремний способствует при понижении температуры выделению углерода в форме графита (образуются серые чугуны), а марганец – выделению углерода в форме цементита (образуются белые чугуны); металлические примеси (Mn, Ni, Cr, реже V, Mo, W, Ti, Co).

Чугун

Чугун – это сплав на основе железа, содержащий углерод более 2,06% с включением примесей кремния, марганца, фосфора, серы и др.

Виды чугуна. В зависимости от применения чугуна его подразделяют на:

• передельный чугун – быстро застывающий сплав, богатый Mn, используется для получения сталей и ковкого чугуна;
• литейный чугун – медленно застывающий сплав, богатый Si, используется в чугунно-литейном производстве.

В зависимости от степени графитизации чугун подразделяют на:

• серый чугун, в котором углерод находится в виде графита;
• белый чугун, в котором углерод находится в виде цементита Fe₃C.

Сталь

Сталь – это сплав на основе железа с содержанием углерода от 0,02 до 2,06%.

Виды стали:

• нелегированные стали, содержат наряду с углеродом небольшие количества других примесей (< 0,5% Si, < 0,8% Mn, < 0,09% P, < 0,06% S), применяют нелегированные стали как конструкционные материалы; имеются также нелегированные, но цементированные стали или улучшенные по каким-либо свойствам стали;
• низколегированные стали, содержат менее 5% легирующих примесей, применяют как инструментальные материалы;
• высоколегированные стали, содержат наряду с углеродом более 5% легирующих примесей, применяют как коррозионно-устойчивые конструкционные материалы, для изготовления быстрорежущих инструментов и т.д.

Влияние легирующих примесей – металлов.

Хром в составе сплава на основе железа, повышает твердость, способность к деформации растяжения, износо- и термостойкость, химическую коррозионную устойчивость стали; при содержании выше 12,5% Cr сталь не поддается коррозии.

Никель в составе сплава на основе железа, повышает ковкость, способность к деформации растяжения и твердость стали.

Марганец в составе сплава на основе железа повышает закаливаемость, износостойкость и ковкость стали.

---