Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

Легирование стали необходимо для изготовления инструментов и полупроводников. В первом случае особое внимание обращают на механические свойства, а во втором — на токопроводящие характеристики.

Это требует не только разных добавок (например, легирование стали алюминием), но и разных технологических процессов.

Легированная сталь представляет собой железоуглеродистый сплав с дополнительными элементами (никель, хром, молибден, кобальт и алюминий) для придания этой стали особых характеристик, таких как: устойчивость к коррозии, гибкость и твердость, что делает ее лучше обычной углеродной стали.

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

Сплавы, как правило, обозначаются в соответствии с преобладающими элементами, такими как никелевая сталь, хромистая сталь и хромованадиевая сталь. Сплавы можно встретить практически во всех отраслях промышленности, от гражданского строительства до судостроения, в нефтяной, автомобильной и авиационной отраслях.

Разнообразие возможных сплавов практически бесконечно, как и разнообразие характеристик.

Процесс легирования

Легированная сталь может быть произведена несколькими способами. Легирование  бывает поверхностным и объемным. В первом случае легирующие добавки вводятся только в верхний слой. Легирующий элемент проникает неглубоко, примерно на 1-2 мм.

Это необходимо для создания на поверхности металла определенных свойств (например, антифрикционных). Поверхностное легирование намного лучше напыления, а поэтому часто применяется при изготовлении керамики и стекла.

Введение добавок во весь объем металла предусматривается объемным легированием.

Легирующих добавок может быть несколько. Они могут быть как металлическими, так и не металлическими (например, фосфор). Для получения различных характеристик легирование может производиться на различных этапах плавки.

Добавление легирующих элементов направлено на создание микроструктурных изменений, которые, в свою очередь, способствуют изменению физико-механических свойств материала, позволяя ему выполнять определенные функции.

Легирование полупроводников проводится с помощью термодиффузии, нейтронно-трансмутационного легирования и ионной имплантацией. Ионное легирование проводится в два этапа. Сначала проводится загонка легирующих атомов, а затем их активируют.

Распределение элементов зависит от температуры и времени, глубина вхождения — от энергии. При термодиффузии происходит осаждение легирующих элементов, отжиг и удаление легирующих элементов.

Нейтронно-трансмутационное легирование происходит благодаря ядерным реакциям — в данном случае легирующие и легируемые элементы объединяются монокристаллический материал.

Свойства и назначение

Наиболее часто используемыми легирующими элементами являются никель, марганец, хром, кремний, свинец, селен и бор. Менее часто используются алюминий, медь, ниобий, цирконий и вольфрам.

Назначение этих элементов очень разнообразно, и при использовании в нужных пропорциях стали получают с определенными характеристиками, которые, однако, не могут быть достигнуты с обычными углеродистыми сталями.

Сплавы обычно классифицируются с учетом элементов, содержание которых наиболее велико, и которые называются базовыми компонентами. Элементы, которые находятся в меньшей пропорции, рассматриваются как вторичные компоненты.

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

Железо само по себе не особо прочное, но его прочность значительно возрастает, когда он легируется углеродом, а затем быстро охлаждается для производства стали. Некоторые характеристики стали — мягкая, полумягкая, полутвердая, твердая — в значительной степени обусловлены содержанием углерода, которое может составлять от 0,10 до 1,15%.

Риски

Некоторые ферросплавы производятся и используются в форме мелких частиц; переносимая по воздуху пыль представляет собой потенциальную опасность токсичности, пожара и взрыва.

 Кроме того, профессиональное воздействие паров при изготовлении некоторых сплавов может привести к серьезным проблемам со здоровьем.

Ряд сплавов олова опасен для здоровья (особенно при высоких температурах) из-за вредных свойств металлов, с которыми можно легировать олово (например, свинец).

Никель, осмий, рутений, медь, золото, серебро и иридий легируются платиной для повышения твердости. Сплавы, образованные с кобальтом, приобрели значение благодаря своим ферромагнитным свойствам. Родий используется в качестве антикоррозийного электролитического покрытия для защиты серебра от потускнения.

Родий легируется платиной и палладием, чтобы получить очень твердые сплавы.Цель легирования медью — повысить коррозионную стойкость.Также медью легируют серебро.

В чистом виде серебро слишком мягкое для изготовления монет, столовых приборов и украшений, для всех областей применения оно упрочняется путем легирования медью.

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

Черные сплавы

Черные сплавы — это железо и его сплавы. Значительное содержание углерода делает чугун очень хрупким. Несмотря на свою хрупкость и более низкие механические свойства, чем у стали, их низкая себестоимость, простота литья и специфические характеристики делают их одним из самых ценных в мире продуктов с самым большим тоннажем производства.

Цветные сплавы

Цветные сплавы — это сплавы, которые не содержат железа или содержат относительно небольшое количество железа. Их характеристики — значительная коррозионная стойкость, высокая электро- и теплопроводность, низкая плотность и простота производства.

Нержавеющая сталь

Общие характеристики нержавейки делают ее универсальным материалом, который хорошо адаптируется к требованиям сегодняшнего дня. Любые виды сплавов имеют свои преимущества в зависимости от химического состава.

Эстетика. Существует ряд видов отделки поверхности: от матовой до глянцевой, от сатиновой до гравировки. Отделка также может быть узорчатой или окрашенной, что делает нержавеющую сталь уникальным и эстетичным материалом. Архитекторы часто выбирают этот материал для строительных работ, дизайна интерьера и городской мебели.

Механические свойства.Нержавейка обладает лучшими механическими свойствами при комнатной температуре по сравнению с другими материалами, что является преимуществом в строительном секторе, так как позволяет снизить вес на м² или уменьшить размеры элементов конструкции.

Хорошая эластичность и твердость в сочетании с неплохой износостойкостью (трение, истирание, удары, эластичность…) позволяют использовать нержавейку в широком спектре проектов.

Кроме того, нержавейка может устанавливаться на стройплощадке, несмотря на зимние температуры, без риска хрупкости или поломки, что не препятствует удлинению сроков строительства.

Огнеупорность. По сравнению с другими металлами, нержавейка обладает лучшей огнеупорностью в конструкции благодаря высокой температуре плавления (выше 800 °C). Нержавейка не выделяет токсичных паров.

Коррозионная стойкость: при содержании хрома 10,5% нержавеющая сталь постоянно защищена пассивным слоем оксида хрома, который естественным образом образуется на ее поверхности при контакте с влажностью воздуха.

При повреждении поверхности пассивный слой восстанавливается. Это обеспечивает коррозионную стойкость.

Классификация легированных сталей

Сплавы разделяются на три категории: низколегированные, среднелегированные и высоколегированные. На степень легирования стали влияет средний уровень количества других включенных элементов. Граница, разделяющая категории, не очень ясна.

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

Классификация по содержанию легирующих элементов:

  • низколегированная (до 2,5%);
  • среднелегированная (до 10%);
  • высоколегированная (от 10% до 50%).

По практическому применению:

  • конструкционные (машиностроительные или строительные);
  • инструментальные;
  • специального назначения.

Маркировка легированных сталей

Требования оговаривает ГОСТ 4543-71. Легирующие добавки обозначаются так:

  • Н — никель,
  • Г — марганец,
  • Е — селен,
  • А — азот,
  • С — кремний,
  • Т — титан,
  • В — вольфрам,
  • Ф — ванадий,
  • Д — медь,
  • М — молибден,
  • X — хром.

После каждой буквы указывается количество элемента.Среднее содержание основных элементов указывается с точностью до 1%, углерод даётся в сотых долях процента. Первая цифра обозначает, сколько углерода содержит сталь.

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы?

В обозначении марок первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента;буквами за цифрами обозначают легирующие элементы

Читайте также:  Ручной гидравлический насос своими руками

Свойства легированных сталей

В основе легирования лежит образование новой структуры – перекристаллизация. Каркасом молекулярного строения служит твердый раствор, сформированный карбидами.

Согласно правилам Юм-Розери, атомы присадок встраиваются в металл по алгоритмам внедрения или замещения. Для этого перед легированием из расплава частично удаляют углерод.

Его концентрация в составе стали указывается в начале маркировки в сотых долях процента. Например, в сплаве 15Х25Т1 его содержание составляет 0,15%.

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

Характеристика конструкционных и легированных сталей

Дополнительная прочность легированных сталей достигается благодаря дисперсному твердению – выделению наноразмерных частиц. При нагреве легирующий элемент может целиком уйти в твердый раствор, а при охлаждении образует второстепенную фазу, равномерно распределяясь внутри кристаллической решетки.

Существует специальная категория коррозийно-стойких легированных сталей:

  • Активное железо в системе Cr-Ni-Mn-Si связывается и не может взаимодействовать с агрессивными веществами.
  • Некоторые добавки увеличивают жаростойкость – способность противостоять реагентам при высоких температурах.
  • Марганец является активным раскислителем и не допускает образования оксидов.

Свариваемость легированных сталей благодаря современным методам находится на высоком уровне. Выбор способа зависит от количества добавок: учитывают терморежимы, подбирают защитную среду и присадочные материалы, подходящие всем компонентам.

Источник: http://chelarm.ru/articles/dlya-chego-legiruyut-stali/

Описание термина – что такое легированная сталь

Физические свойства, такие как прочность, пластичность, хрупкость, могут быть увеличены или уменьшены в несколько раз.

Изменение кристаллической решетки материалов активно применяют в металлургии, а также при производстве многочисленных деталей и корпусов для автомобильного, машинного, станочного и прочего производства, а также для создания строительных конструкций и инструментов.

Сфера применения настолько велика, что сплав начали изготавливать большими партиями, он постепенно вытесняет долю изготавливаемого железа и обычных стальных веществ.

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

Исходя из приведенной информации, легирование стали – это металлургический процесс выплавки, в ходе которого в состав добавляются материалы примесей. При этом есть два вида операции:

  • Объемный – когда компоненты попадают в глубинную структуру. В расплав или шихту внедряются хром, никель и пр.
  • Поверхностный – в ходе него происходит диффузионное или иное напыление, то есть покрывается только верхний слой.

Процесс начал использоваться относительно недавно. Впервые эксперименты начали проводить в 1882 году.

И с первого же образца исследователи обнаружили, что вместе с улучшением физических свойств значительно снижается степень обрабатываемости. Простыми словами, с материалом просто стало сложно работать.

Безусловно, к настоящему времени все дополнительные эффекты легирования изучены, поэтому составлены специальные ГОСТы для разных способов металлообработки.

Источник: http://rocta.ru/info/legirovannaya-stal-chto-ehto-takoe-marki-sostav-vidy-i-primenenie/

Что такое легированная сталь

Это углеродистая сталь для улучшения технологических свойств которой введены специальные легирующие элементы. Процент добавок в составе невелик, но даже при незначительной концентрации, физические свойства металла улучшаются в несколько раз.

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

В зависимости от вида используемых добавок при производстве стали металл приобретает следующие свойства:

  • неподверженность коррозии;
  • упругость;
  • тугоплавкость;
  • прочность.

Для придания перечисленных качеств в состав добавляют следующие металлы:

  • хром;
  • никель;
  • молибден;
  • вольфрам;
  • медь.

Зачастую в углеродистую сталь достаточно добавить 1 — 3% легирующих элементов для придания ей необходимых свойств и качеств.

Видео:

Источник: http://plavitmetall.ru/obrabotka/legirovannaya-stal-primenenie.html

Разновидности сталей и особенности нанесения маркировочных меток

Сталь — это железо-углеродный сплав, количество которого не превышает 2,14%. Углеродная составляющая необходима для достижения твердости, но крайне важно следить за его концентрацией. Если он превысит показатель в 2,2%, то металл станет очень хрупким, из-за чем с ним будет практически невозможно работать.

При добавлении любых легирующих элементов можно добиться необходимых характеристик. Именно при помощи комбинации вида и объём добавок получаются марки, которые имеют лучшие механические свойства, устойчивость к воздействию коррозии. Безусловно, улучшить показатели качества можно и посредством тепловой обработки, однако использование легирующих добавок значительно ускоряет этот процесс.

Базовыми классификационными признаками являются следующие показатели.

  • Химический состав.
  • Назначение.
  • Качество.
  • Структура.
  • Степень раскисления.

Источник: http://cleverence.ru/articles/auto-busines/markirovka-stali-ot-chego-zavisit-i-kak-markiruetsya-tablitsa-s-rasshifrovkoy-metallov-i-splavov/

Что показывает маркировка

Для того чтобы расшифровать указанную информацию, не требуется обладать профессиональными навыками и специальными знаниями. Конструкционная сталь, которая имеет обычное качество, а также не содержит легирующие элементы, получила отметку «Ст».

Цифра, расположенная далее, отражает количество углерода. После них могут располагаться буквы «КП», которые оповещают о незаконченном раскислении в печи, поэтому подобный сплав считается кипящим.

Если подобной аббревиатуры нет, то он считается спокойным типом.

Источник: http://cleverence.ru/articles/auto-busines/markirovka-stali-ot-chego-zavisit-i-kak-markiruetsya-tablitsa-s-rasshifrovkoy-metallov-i-splavov/

Химический состав легированной стали

Есть постоянные компоненты – это те, которые есть в любом сплаве данной категории, есть также необязательные, легирующие ингредиенты. Сперва перечислим те, которые образуют классический материал:

  • Железо. Это очень ковкий сам по себе металл, который добывается из руды. Особенность в том, что его довольно много находится в недрах земли, по добываемости он на втором месте после алюминия. Он хорошо вступает в реакции, именно по этой причине его можно сплавлять различными образами. В процентном соотношении его может быть от 45 до 97-99 процентов. Точное количество частей мы называть не будем, поскольку существует очень много марок сталей, состав которых разнится.
  • Углерод. Это один из неотъемлемых компонентов. При совокупности данных веществ увеличиваются природные качества железа. В среднем его добавляют от 0,1% до 1,4% к общей массе. Чем больше его содержание, тем выше прочность. Все стальные изделия делят на углеродистые и низкоуглеродистые.
  • Марганец. Интересный ингредиент, который также является легирующим. Хотя если его меньше, чем 1%, то особенных свойств он не придает. Сам по себе это очень красивый серебристый металл, именно от него слитки приобретают свой характерный перелив. Но основная заслуга марганца в том, что он является раскислителем, то есть способствует удалению из сплава кислорода, который, в свою очередь, негативно влияет на особенности. Есть интересные соединения (имени Гадфильда – создателя), которые содержат около 11 – 14 процентов. В таком случае сталь теряет свои магнитные качества, а также становится очень ударопрочной и износостойкой, поскольку при ударах упрочняется.
  • Кремний – обязательный элемент, который при большом содержании (более 0,8%) имеет легирующие свойства. Он тоже является раскислителем, а также увеличивает стойкость, предел упругости, жаропрочность и некоторые другие особенности.

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы

Кроме того, в составе обычно есть вредные и скрытые примеси. От них пытаются избавиться, но, к сожалению, полностью убрать не получается. Поэтому в крайне малых дозах в образцах есть:

  • Сера, из-за которой увеличивается красноломкость – появляются трещины на разогретой заготовке.
  • Фосфор, он приводит к увеличению хладноломкости, то есть хрупкости.
  • Кислород, азот и водород – «разрыхляют» структуру.
  • Окислы и нитриды – могут привести к надрывам.

Третья группа компонентов – это случайные. Они попадают в емкость вместе с шихтами, то есть со смесью исходных материалов, и не несут положительного влияния. Бывают безвредными или не очень полезными, но из-за малой доли содержания практически не важны. К ним относят:

  • медь;
  • цинк;
  • свинец;
  • хром;
  • никель и пр.
Читайте также:  Слесарный верстак своими руками: изготовление, чертежи, модели

И, наконец, четвертая группа – это специальные легирующие добавки. Эти элементы вводятся дополнительно для повышения определенных характеристик. Именно они делают из классического сплава упрочненный. Более подробно мы перечислим компоненты в соответствующем разделе статьи.

Источник: http://rocta.ru/info/legirovannaya-stal-chto-ehto-takoe-marki-sostav-vidy-i-primenenie/

Готовые решения для всех направлений

Мобильность, точность и скорость пересчёта товара в торговом зале и на складе, позволят вам не потерять дни продаж во время проведения инвентаризации и при приёмке товара.

Узнать больше

Ускорь работу сотрудников склада при помощи мобильной автоматизации. Навсегда устраните ошибки при приёмке, отгрузке, инвентаризации и перемещении товара.

Узнать больше

Обязательная маркировка товаров – это возможность для каждой организации на 100% исключить приёмку на свой склад контрафактного товара и отследить цепочку поставок от производителя.

Узнать больше

Скорость, точность приёмки и отгрузки товаров на складе — краеугольный камень в E-commerce бизнесе. Начни использовать современные, более эффективные мобильные инструменты.

Узнать больше

Повысь точность учета имущества организации, уровень контроля сохранности и перемещения каждой единицы. Мобильный учет снизит вероятность краж и естественных потерь.

Узнать больше

Повысь эффективность деятельности производственного предприятия за счет внедрения мобильной автоматизации для учёта товарно-материальных ценностей.

Узнать больше

Исключи ошибки сопоставления и считывания акцизных марок алкогольной продукции при помощи мобильных инструментов учёта.

Узнать больше

Первое в России готовое решение для учёта товара по RFID-меткам на каждом из этапов цепочки поставок.

Узнать больше

Получение сертифицированного статуса партнёра «Клеверенс» позволит вашей компании выйти на новый уровень решения задач на предприятиях ваших клиентов..

Узнать больше

Используй современные мобильные инструменты для проведения инвентаризации товара. Повысь скорость и точность бизнес-процесса.

Узнать больше

Используй современные мобильные инструменты в учете товара и основных средств на вашем предприятии. Полностью откажитесь от учета «на бумаге».

Узнать больше

Показать все решения по автоматизации

Источник: http://cleverence.ru/articles/auto-busines/markirovka-stali-ot-chego-zavisit-i-kak-markiruetsya-tablitsa-s-rasshifrovkoy-metallov-i-splavov/

Маркировка и классификация стали по химическому составу

Как упоминалось ранее, одно из главных разделений этого металлического материала основано на ее химическом составе. Базовыми составляющими материала служат железобетон и углерод (его концентрация меньше 2,14%). На основании концентрации и пропорций используемых добавок на объем железа приходится минимум половина.

На основании уровня содержания углерода стальные изделия делятся.

  1. Малоуглеродистые — углерод не более 0,25%.
  2. Среднеуглеродистые — от 0,25 до 0,6%.
  3. Высокоуглеродистые — от 0,6%.

Повышение углеродного компонента способствует повышению металлической твердости, но одновременно снижает его прочность. Для улучшения эксплуатации сплавов в них добавляются разные химические элементы, после чего они превращаются в легированные стали. Они бывают трёх типов.

  1. Низколегированные — объем добавок меньше 2,5%.
  2. Среднелегированные — 2,5-10%.
  3. Высоколегированные — может достигать 50%.
Марка стали С% S

Для чего легируют стали | «Челябинская Арматура»

23.11.2020

Содержание

Изобретение легирования – великий дар науки человечеству. Термин «ligare» происходит от латинского – связывать, и обозначает усиление требуемых характеристик с помощью добавок. Таким образом, можно повысить прочность, стойкость к холоду, влаге и агрессивным веществам.

Стальной расплав получают из чугуна. Первоначально он имеет тот же химический состав: железо, углерод, незначительные доли кремния и марганца, вредные примеси в виде серы и фосфора, кроме этого присутствуют соединения атмосферных газов.

В середине XIX века с изменением взгляда на химию, было открыто, что присадки некоторых металлов могут встраиваться в углеродную структуру, изменяя ее химические и физические свойства.

Первым изобретением стал прототип режущих марок с присадками вольфрама, созданный английским металлургом Р. Мюшеттом в 1858 году.

Массовое применение легированных сталей началось в 1882 с производства цепей велосипедов, но главный толчок распространению технологии дали первые автомобильные концерны.

Позже влияние легирующих элементов на качество металлов дало возможность возводить масштабные инфраструктурные сооружения: мосты, стадионы, сложные инженерные системы.

Дополнительный толчок получили сферы производства трубопропроводной арматуры и сверхпрочных крепежей.

Производство легированной стали

Металлургическая промышленность во многом изменилась, так как обработка легированной стали требовала новых знаний. Сплавы оказались чувствительны к термическим режимам, было открыто явление отпускной хрупкости, заготовки начали остужать не на воздухе, а в воде или масле. Изменение показателей теплопроводности привело к поискам эффективных способов сварки.

В основе легирования лежит образование новой структуры – перекристаллизация. Каркасом молекулярного строения служит твердый раствор, сформированный карбидами.

Согласно правилам Юм-Розери, атомы присадок встраиваются в металл по алгоритмам внедрения или замещения. Для этого перед легированием из расплава частично удаляют углерод.

Его концентрация в составе стали указывается в начале маркировки в сотых долях процента. Например, в сплаве 15Х25Т1 его содержание составляет 0,15%.

Характеристика конструкционных и легированных сталей

Дополнительная прочность легированных сталей достигается благодаря дисперсному твердению – выделению наноразмерных частиц. При нагреве легирующий элемент может целиком уйти в твердый раствор, а при охлаждении образует второстепенную фазу, равномерно распределяясь внутри кристаллической решетки.

Существует специальная категория коррозийно-стойких легированных сталей:

  • Активное железо в системе Cr-Ni-Mn-Si связывается и не может взаимодействовать с агрессивными веществами.
  • Некоторые добавки увеличивают жаростойкость – способность противостоять реагентам при высоких температурах.
  • Марганец является активным раскислителем и не допускает образования оксидов.

Свариваемость легированных сталей благодаря современным методам находится на высоком уровне. Выбор способа зависит от количества добавок: учитывают терморежимы, подбирают защитную среду и присадочные материалы, подходящие всем компонентам.

Чем выше содержание углерода, тем больше добавок можно связать твердым раствором. Однако у каждого компонента есть предел, при котором увеличение концентраций становится неэффективным. Дисперсионное твердение широко применяется с 1950-х годов. Частицы формируются из интерметаллидов, свободных от карбидных соединений. Упрочнение присуще комплекснолегированным материалам.

Стальные сплавы классифицируют по количеству присадок:

  • Низколегированные (до 2,5%) – имеют улучшенные механические свойства в сравнении с нелегированными, применяются для изготовления ответственных сварных конструкций, подшипников, кованых изделий.
  • Среднелегированные (2,5-10%) – стойкость в тяжелых условиях: агрессивные среды, ударные нагрузки.
  • Высоколегированные (от 10%) – специального назначения, используемые во всех областях промышленности и в быту.

Баланс достигается благодаря взаимодействию нескольких элементов, это не только придает устойчивость химической структуре, но и создает комплекс уникальных качеств.

Например, особо прочные медицинские инструменты проходят многоступенчатую закалку, но этот же материал без сложной термообработки можно использовать для работы с кислотосодержащими продуктами: в виноделии, на молочном производстве.

Распространено определение, относящее сплав с нехарактерными примесями к легированным. Его нельзя назвать точным. Технологический процесс подразумевает замещение атомов углерода металлами, стабилизирующими молекулярное строение, придающими дополнительные качества.

  • Готовая легированная сталь
  • Сегодня разработано более тысячи стальных сплавов, применяемых в морском судостроении, в добывающей и перерабатывающей промышленности и других отраслях.
  • Примеры легированных сталей:
  • Низколегированная сталь 09Г2С в сравнении с очищенными углеродными аналогами имеет высокую механическую прочность, что позволяет создавать более тонкие элементы масштабных сварных конструкций, а хорошая свариваемость позволяет быстро их монтировать. Отличительной особенностью является стойкость к охрупчиванию при низких температурах, благодаря чему 09Г2С широко используется для прокладки инженерных сетей и строительства зданий в условиях крайнего севера.
  • Универсальный нержавеющий материал 08Х18Н10 широко применяется в пищевом производстве, изготовлении лестничных перил и мебели, кухонных и столовых приборов.
  • Из 40ХН2МА производят тяжелонагруженные детали буровых установок, поршней, коленчатых валов. Ванадий и молибден усиливают прочностные характеристики, изделия подвергаются азотированию и поверхностные слои достигают высочайшей микротвердости, сердцевина при этом сохраняет ударную вязкость. Это свойство предотвращает образование трещин и обеспечивает долгую службу дорогостоящих установок.
Читайте также:  Шкив: понятие, виды, применение, размеры шкивов

Назначение легирующих элементов

Никель — дорогой и дефицитный легирующий элемент, вводится в аустенитные жаропрочные стали в количестве не менее 9 % для получения аустенитной структуры. Вместе с никелем вводится хром. Для снижения склонности к межкристаллитной коррозии в аустенитные стали вводится титан и ниобий, которые связывают практически весь углерод в термически устойчивые карбиды.

Избыточное содержание титана и ниобия приводит к образованию интерметаллических соединений и, как следствие, к охрупчиванию стали. Никель повышает коррозионную стойкость аустенитных сталей. В перлитную сталь, идущую для изготовления барабанов, вводится никель в количестве около 1 % для повышения предела текучести и улучшения сопротивлению хрупкому разрушению.

Никель увеличивает пластичность и вязкость стали, снижает температуру порога хладноломкости и уменьшает чувствительность стали к концентраторам напряжений; перечисленные факторы способствуют повышению сопротивления стали хрупкому разрушению.

В качестве примера можно отметить, что введение в сталь 1 % никеля приводит к снижению порога хладноломкости на 60-80 °С, а легирование стали 3- 4 % никеля обеспечивает ей глубокую прокаливаемость.

Хром — повышает жаростойкость и коррозионную стойкость стали, увеличивает ее электрическое сопротивление и уменьшает коэффициент линейного расширения, увеличивает сопротивление ползучести (до 2 % без снижения пластичности), повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность.

Легирование стали хромом приводит к уменьшению склонности аустенитного зерна к росту при нагреве, существенному увеличению ее прокаливаемости, а также к замедлению процесса распада мартенсита. При содержании хрома более 12 % сталь становится коррозионно-стойкой в атмосфере и многих промышленных средах.

Кремний — широко используется при выплавке стали как раскисли- тель. Легирование кремнием углеродистых и хромистых сталей способствует повышению прочности и снижению пластичности. Увеличивается их жаростойкость (окалиностойкость).

Например, сталь с 5 % Сг и 1 % Si в среде печных газов равнозначна по жаростойкости стали с 12 % Сг. Уменьшая подвижность углерода в феррите, кремний тем самым затрудняет формирование и рост цементитных частиц, что проявляется в повышении устойчивости структуры стали при отпуске.

Содержание кремния в стали ограничивают, поскольку он повышает склонность стали к тепловой хрупкости.

Марганец — в количестве до 0,8 % остается в стали после раскисления и уменьшения вредного влияния серы (технологическая примесь).

При большем содержании — легирующий элемент; способствует стабилизации аустенитной структуры, увеличивает прочность и прокаливаемость стали; снижение пластичности стали наблюдается при содержании марганца более 1,5 %.

В высоколегированных жаропрочных сталях марганец применяют для частичной замены дефицитного никеля.

Молибден и вольфрам — повышают прокаливаемость стали (особенно в присутствии никеля), способствуют измельчению зерна и подавлению отпускной хрупкости. Легирование стали молибденом приводит к значительному улучшению ее механических свойств после цементации и нитроцементации.

Молибден повышает жаропрочность сталей всех структурных классов; наиболее благоприятное влияние на жаропрочность оказывает, находясь в твердом растворе; повышает коррозионную стойкость аустенитных сталей в ряде высокоагрессивных сред.

Вольфрам увеличивает жаропрочность высоколегированных сталей и сплавов.

Ванадий — способствует повышению прочности в условиях длительной эксплуатации при высоких температурах. Ванадий измельчает зерно стали и образует очень устойчивые карбиды. Присадка ванадия в количестве более 0,2-0,4 % снижает окалиностойкость.

При введении в сталь ванадия, титана, ниобия образуются труднорастворимые в аустените карбиды.

Эффективность воздействия этих элементов (измельчение зерна, снижение порога хладноломкости, уменьшение чувствительности стали к концентраторам напряжений) проявляется лишь при их малом содержании в стали (до 0,15 %).

При большем количестве они вызывают снижение прокаливаемости и сопротивления стали хрупкому разрушению, что обусловлено выделением по границам зерен значительного количества карбидов типа МеС (VC, TiC и др.). Способствуют уменьшению склонности к межкристаллитной коррозии и увеличению жаропрочности.

Алюминий — в конструкционных сталях применяют как раскисли- тель; уменьшает склонность к росту зерна аустенита; в высоколегированных сталях и сплавах используют для увеличения жаростойкости.

Кремний и алюминий при совместном легировании повышает окалиностойкости хромистых сталей.

На поверхности детали образуется прочная пленка сложного оксида железа, хрома, кремния и алюминия, отличающаяся хорошими защитными свойствами.

Медь — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Положительное влияние бора на повышение прокаливаемости и прочности стали проявляется лишь при микролегировании им (0,001- 0,005 %), когда атомы бора располагаются в приграничных слоях зерна аустенита, заполняют вакансии, делая структуру границ более совершенной, и таким образом уменьшают скорость зарождения центров кристаллизации перлита. При повышенном содержании бора он выделяется по границам зерен в виде боридов сильно охрупчивая сталь.

Основное влияние легирующих элементов на некоторые свойства сталей приведено в табл. 7.1

Анализируя влияние легирующих элементов на структуру, прокали- ваемость и свойства стали, следует учитывать, что их содержание должно быть оптимальным для обеспечения предъявляемых к конкретной стали требований по свойствам.

Элемент Растворимость a-Fe, % Растворимость y-Fe, % Склонность к перегреву Прокаливаемость Температуры отжига, нормализации, закалки Твердость и прочность
Алюминий 30 Около 1 % при 1100-1200°С Значительно уменьшает Понижает Значительно повышает Несколько повышает
Бор Увеличивает Увеличивает Повышает Повышает
Ванадий 16 1,1 при 1150 °С Заметно уменьшает Незначительно уменьшает Повышает Повышает
Вольфрам 6 1,5 Уменьшает Увеличивает Повышает Повышает
Кобальт до 80 Не ограничена Мало влияет Уменьшает Мало влияет Слабо повышает
Кремний 15 2 Мало влияет Увеличивает Повышает Повышает
Марганец 12 Не ограничена Увеличивает Увеличивает Понижает Повышает
Молибден 4 2,5 Мало влияет Значительно увеличивает Повышает Повышает
Никель 25 Не ограничена Мало влияет Увеличивает Понижает Повышает
Титан 3 0,65 Уменьшает Уменьшает Значительно повышает Несколько повышает
Хром Не ограничена 12 Несколько уменьшает Увеличивает Повышает Повышает
Элемент Пластические свойства Жаропрочность Окалиностойкость Коррозионно- стойкость
Алюминий Несколько повышает при малом содержании Не влияет Значительно повышает Практически не влияет
Бор Уменьшает Повышает Понижает Ухудшает
Ванадий Повышает Повышает Понижает
Вольфрам Несколько повышает при содержании менее 1 % Повышает Понижает Незначительно ухудшает
Кобальт Мало влияет Повышает Повышает в сочетании с Сг и Ni Повышает
Кремний Понижает Повышает Повышает
Марганец Не снижает до 1,5 % в малоуглеродистой стали Повышает в сочетании с Сг и Ni Незначительно уменьшает
Молибден Повышает при содержании до 0,6 % Повышает Понижает Повышает
Никель Несколько повышает Повышает, Повышает совместно с Сг Повышает
Титан Несколько повышает Повышает Понижает Повышает
Хром Не снижает до 1,5 % Повышает Повышает Повышает
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector