Как известно, сталь представляет собой сплав железа с углеродом, концентрация которого не превышает 2,14 %. В стали общего назначения его содержание колеблется от 0,05 до 1%. Ни одна сфера деятельности человека не обходится без этого сплава. Его используют как для создания объемных конструкций, так и при производстве сверхточного оборудования.
Легирование железа углеродом состоит из 2-х этапов. На первом к железу добавляют 6,67 % углерода, в результате чего образуется карбид железа, или цементит. При нормальных условиях обычная сталь состоит из двух гомогенных фаз — цементита и феррита. При нагревании цементит растворяется в железе с образованием аустенита.
Концентрация углерода влияет на основные механические свойства стали. Ее увеличение способствует снижению пластичности и вязкости, повышению твердости и прочности вещества. Кроме того, углерод повышает литейные свойства, но ухудшает свариваемость и обрабатываемость материала.
В стали также присутствуют различные примеси, наличие которых обусловлено технологией производства либо попаданием из железной руды. Марганец и кремний являются специальными добавками, вводимыми в состав стали с целью удаления сернистых соединений железа и 2-валентного оксида. Концентрация кремния находится в пределах 0,4 %, а марганца — 0,8 %.
Марганец и кремний также повышают предел прочности и упругость соответственно. Фосфор повышает прочность вещества, уменьшая пластичность и вязкость. Отрицательное воздействие элемента заключается в придании стали хладноломкости, поэтому при производстве не допускается увеличение его содержания свыше 0,045 %. Сера обуславливает красноломкость сплава, ее концентрация ограничена 0,05 %.
Назначение термической обработки стали — изменение структуры сплава, а следовательно, и его свойств, например, придание изделию твердости и хрупкости или, наоборот, мягкости и пластичности. Суть процессов заключается в нагревании стальной заготовки, ее выдержке и охлаждении. Все это происходит при строгом соблюдении определенных параметров, в частности, температуры и скорости.