ГлавнаяРазноеЛегированная сталь свойства

Свойства и применение легированных сталей. Легированная сталь свойства


Что такое легированная сталь - состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка :: SYL.ru

Пожалуй, нет в мире такого человека, который бы не слышал про самый распространенный сплав железа на земле – сталь. Помимо того, что материал имеет немало разновидностей, он используется в производстве практически любых железных конструкций и предметов. Причем отдельного внимания заслуживает легированные сплавы, которые обладают особыми свойствами. В современной промышленности сложно найти какую-либо отрасль, где не используется легированная сталь. Что такое и чем данная разновидность отличается от всех остальных?

Что это за материал?

Обычная сталь – это соединение железа углерода и ряда примесей. Под определением "легированная сталь" (ЛС) подразумевается особый сплав, который получен путем внедрения некоторого количества химических элементов. Это делается с целью получения необходимых физических и химических свойств металла.

Как правило, добавляются такие элементы периодической таблицы Менделеева, без которых сложно обойтись в зависимости от конкретной ситуации:

  • Никель – Н (Ni).
  • Медь – М (Cu).
  • Ниобий – Б (Nb).
  • Хром – Х (Cr).
  • Марганец – Г (Mn).
  • Кремний – С (Si).
  • Ванадий – Ф (V).
  • Вольфрам – В (W).
  • Молибден – М (Mo).
  • Титан – Т (Ti).
  • Алюминий – А (Al).
  • Цирконий – Ц (Zr).
  • Кобальт – К (Co).

Но помимо них находят применение молибден с алюминием. При этом каждый из этих элементов добавляется с определенной целью. И их количество напрямую влияет на получение необходимых качеств. Теперь уже становится немного понятно, что такое легированная сталь.

Добавки

Некоторые из них, повышая какие-то определенные свойства материала, занижают другие качества. К примеру, при помощи марганца можно существенно повысить прочность и твердость металла наряду с улучшением режущих качеств. В то же время это приводит к увеличению зерна, что снижает стойкость к ударным нагрузкам.

Добавление хрома, наоборот, может повысить эти качества и одновременно с этим увеличить жаропрочность. Благодаря никелю сплав становится более упругим, а если его количество преобладает, то металл приобретает высокие показатели коррозийной стойкости и жаропрочности. Нержавеющая сталь, о которой знает каждый, это как раз сплав из последних двух металлов либо материал с содержанием хрома 27 %.

Каждого, кто знает, что собой представляет легированная сталь, что такое легирование - понимает не до конца. Так вот, суть его как раз заключается в добавлении этих элементов. Но вернемся к нашим «примесям» – молибден с одной стороны повышает твердость, но с другой - приводит к уменьшению хрупкости. За счет вольфрама можно повысить не только твердость, но и прочность, а вместе с этим и режущие качества металла. К тому же при нагреве до высокой температуры (600-650 °С) эти свойства не теряются (красностойкость).

Кремний позволяет увеличить упругость материала, а также стойкость к воздействию кислот. Добавление ванадия способствует увеличению пластических свойств за счет уменьшения зерна. Титан позволяет получить более прочный материал.

Примеси

Теперь точно понятно, что такое легированная сталь. Но вместе с этим следует знать о наличии некоторых примесей, которые, вне зависимости от марки стали, в ней всегда присутствуют. В большинстве случаев это неметаллы:

  • Углерод.
  • Сера.
  • Фосфор.
  • Кислород и Азот.
  • Водород.

Углерод больше всего оказывает влияние на свойства стали. Если его содержится не более 1,2 %, то материал отличается высокой твердостью и прочностью. Также увеличивается предел текучести. Превышение этой нормы приводит к снижению прочности и пластичности.

Большое содержание серы тоже не на пользу. Более 0,65 % – снижается ударная вязкость, коррозионная стойкость, пластичность. Но, помимо этого, существенно снижается свариваемость стали.

С фосфором надо быть предельно внимательным, поскольку его превышение, даже незначительно, отрицательно сказывается на металле. Снижается вязкость и пластичность, в то же время хрупкость и текучесть возрастают. Все это может отразиться на обработке легированных сталей.

Превышение кислорода и азота приводит к излишней хрупкости материала, а также понижают его вязкость.

Высокое содержание водорода тоже наделяет металл хрупкостью, что нежелательно.

Разновидности ЛС

В зависимости от количества легирующих добавок сталь может разделяться на три вида:

  • Низколегированная сталь – содержит не более 2,5 % добавок.
  • Среднелегированная сталь – количество легирующих элементов варьируется от 2,5 до 10 %.
  • Высоколегированная сталь – здесь речь идет о большем содержании 10 % и выше.

При этом учитывается именно суммарное количество легирующих добавок.

Чтобы получить определенные качества, легированные стали проходят процесс нормализации. Это когда материал нагревается до температуры 900 °C, а после этого он охлаждается на воздухе.

Исходя из этого, «маркировка» легированных сталей может выглядеть так:

  • Перлитная – содержание легирующих добавок у таких сталей колеблется от 5 % до 7 %. Получаются следующие структуры: перлит, сорбит, тростит.
  • Мартенситная – здесь легирующих элементов больше 7-15 %, углерода при этом не более 0,55 %.
  • Аустенитная – помимо содержания легирующих элементов (более 15 %), здесь присутствует никель (8 %) и марганец (13 %). Содержание же углерода здесь не более 0,2 %.
  • Ферритная – у такой структуры углерода также содержится не больше 0,2 %. В то время как хрома здесь 17-30 %, кремния 2,5 % (не менее). Такие стали можно отнести к малоуглеродистым.
  • Карбидная (ледебуритная) – это уже высокоуглеродистые марки (0,7 % С). В основном содержат вольфрам, ванадий, молибден и хром.

Получение разной марки легированной стали, точнее ее структуры, зависит не только от скорости охлаждения металла на воздухе, но и от количества легирующих добавок и углерода.

Особенности маркировки ЛС

В начале статьи в списке легирующих элементов возле каждого из них стоят буквы, что не случайно. Именно ими производится маркировка подобных металлов, но помимо них присутствуют еще цифры. Пример приведен ниже.

Все это делается согласно ГОСТу 4543-71. Буквенно-цифровое обозначение принято неслучайно, ведь все легированные стали имеют широкий ассортимент. А в таком многообразии несложно запутаться, и поэтому возникла необходимость в систематизации.

При этом каждая буква кириллицы (идет первой) в обозначении указывает на присутствие того или иного элемента, а цифра (как правило, после буквы) - содержание в процентах. При этом, если речь идет о количестве менее 0,99 %, то число обычно не ставится.

Иногда в сплав могут быть добавлены и редкоземельные металлы, такие как иттрий, лантан и ряд прочих. В этом случае в обозначении стали легированной по ГОСТу указывается лишь одна буква – Ч. В маркировке стали есть и другие особенности:

  • Первые две цифры всегда указывают на процентное содержание углерода, который буквенно никогда не обозначается.
  • Если это быстрорежущая сталь, то содержание вольфрама указывается в целых долях процента. Хрома в таких сплавах обычно 4 %.
  • Для шарикоподшипниковой стали после букв ШХ следует обозначение содержание хрома в десятых долях процента.
  • Присутствие двух литер «А» указывает на особо чистую легированную сталь.

Возьмем для примера две маркировки:

  1. 03Х13АГ19 – ЛС содержит 0,03 % углерода, 13 % хрома, 1 % азота и 19 % марганца.
  2. 18ХГТ – у этой стали углерода 0,18 %, а хрома, титана и марганца по 1 %.

Помимо этого, в самом начале какой-либо маркировки легированных сталей может стоять буква, которая указывает на материал специального назначения:

  • Электротехническая – Э.
  • Быстрорежущая – Р.
  • Шарикоподшипниковая – Ш.
  • Автоматная – А.

Легированные стали еще могут принадлежать категории высококачественных или особенно высококачественных металлов.

В этом случае в конце маркировки будет стоять литера «А» либо «Ш» соответственно.

Преимущества

Все легированные стали обладают рядом ценных преимуществ, среди которых стоит выделить:

  • повышенную стойкость к деформациям пластинчатого характера;
  • высокую твердость;
  • стойкость к хладоломкости и вязкости;
  • технологические качества на высоком уровне.

Помимо этого, такая сталь не склона к короблению или появлению прочих дефектов в ходе процесса закалки.

Недостатки

При всех очевидных достоинствах, которыми обладают легированные инструментальные стали либо прочие, недостатки тоже присутствуют:

  • Для них характерна дендритная ликвация, но, к счастью, этого можно избежать проведением диффузионного отжига.
  • Высоколегированные марки могут содержать остаточный аустенит, из-за чего снижается сопротивляемость к усталости и твердости материала.
  • Не исключается появление флокенов – так называемых трещин в структуре стали. Данного дефекта можно избежать путем замедления охлаждения металла, а также снижения содержания водорода в ходе выплавки.

В зависимости от разновидности термической обработки позволяют избежать появления большинства дефектов. В результате чего сталь приобретает необходимые, порой уникальные качества.

Производство ЛС

Процесс производства легированных инструментальных сталей или иных проходит в несколько этапов с использованием электродуговых печей:

  • Железная руда очищается.
  • Плавление металла.
  • Добавление легирующих элементов.

В процессе очистки железная руда избавляется от нежелательных примесей, таких как сера и фосфор. Все это происходит в плавильной печи открытого типа. Также используется технология внепечной обработки стали. Другой технологический необходимый процесс – это вакуумная плавка, в результате которого удаляется мышьяк и ряд примесей цветных металлов.

Для плавки металла уже используется электродуговая печь, для чего в ней сырье разогревается до высокой температуры 400-600 °C. Здесь железо начинает превращаться в чугун, для которого характерна неустойчивая кристаллическая решетка. Но посредством стабилизации из него получается какая-нибудь марка легированной стали.

Делается это следующим образом. В рабочую камеру поступает кислород, при сгорании которого атмосфера камеры снабжается углеродом. Он начинает смешиваться с железом, что и ведет к образованию стали.

Потом уже в сырье начинают добавлять различные добавки в зависимости от необходимых свойств металла. Кристаллическая решетка становится более плотной, и в результате получается легированная продукция.

Термообработка ЛС

На выплавке производство ЛС не заканчивается. После этого необходимо ее закалить. Выплавленные образцы проходят процедуру закаливания при температуре 1100 °C. После нее нужен отпуск углеродистых и легированных сталей, причем делается он постепенно, во избежание появления трещин.

Этот процесс необходим для всех закаленных деталей. Его главная задача заключается в снятии внутренних напряжений. При этом снижается твердость, а пластичность увеличивается. Для отпуска могут использоваться разные средства:

  • Ванны:
    • масляные;
    • селитровые;
    • с расплавленной щелочью.
  • Печь с принудительной воздушной циркуляцией.

Что касается температуры отпуска, то она зависит от марки ЛС и необходимой твердости материала. К примеру, для HRC 59-60 это 150-200 °C. Для быстрорежущих ЛС нужен температурный режим чуть больше – 540-580 °C. Это еще называется как вторичное отвердение, поскольку твердость детали возрастает.

Как правило, после процесса отпуска сталь охлаждается на открытом воздухе. Но хромоникелевые изделия исключение – для них нужна ванна с водой или маслом. Если охлаждение затянется, это приведет к излишней хрупкости металла.

Область применения

Что касается назначения легированных сталей, то это практически любая сфера человеческой жизнедеятельности. Инструментальный металл идет на производство резцов, фрез, штампов, измерительных устройств, шестерен, пружин, подвесок, растяжек и многого другого. Нержавеющая ЛС идеальна для изготовления посуды, корпусов бытовой техники.

Сварка ЛС

Процесс сварки ЛС в полной мере зависит от химического состава металла. Причем в отличие от легирующих элементов больше всего оказывает влияние углерод. В то же время сами добавки по-разному воздействуют на сварку. К примеру, наличие хрома и марганца в большей степени приводит к образованию трещин, нежели никель. А вот титан на этот процесс действует вполне благоприятным образом.

Из-за большого количества серы, фосфора и растворенных газов свариваемость стали в разы ухудшается. Поэтому их содержание не должно быть более 0,020-0,055 %, что никоим образом не отразится на сварке легированных сталей.

www.syl.ru

Легированные стали

Легированными называют стали, в которые вводятся специальные легирующие элементы, способные улучшать механические, технологические, эксплуатационные свойства, а в некоторых случаях придавать стали особые физические или химические свойства.

Легирующие элементы могут растворяться в феррите, аустените., цементите, образовывать специальные карбиды (карбиды легирующих элементов в отличии от карбида железа) или интерметаллидные соединения с железом и между собой, например, FeCr, FeV и т.д.

Растворяясь в аустените или феррите, легирующие элементы упрочняют эти фазы, делают их более устойчивыми против распада при нагреве и охлаждении, изменяя температуры фазовых превращений и структуру сталей.

Структура легированных сталей в нормализованном состоянии

Легированные стали в зависимости от структуры, получаемой после нагрева до 900°С и охлаждения на воздухе (т.е. после нормализации), подразделяются на пять классов;

1. перлитный;2. мартенситный;3. аустенитный;4. ферритный;5. карбидный,

По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в интервале температур перлитного превращения возрастает, а температурная область мартенситного превращения понижается. Это схематично отражено на диаграмме распада аустенита (рис.1)

классы легированных сталей

Рис.1. Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей трёх классов (схема).

В зависимости от содержания легирующих элементов и углерода при заданной скорости охлаждения (на воздухе) можно получить разную структуру.

Стали перлитного класса характеризуются небольшим содержанием легирующих элементов (менее 5...7%). Для них, как и для углеродистых сталей, кривая скорости охлаждения при нормализации будет пересекать С-кривые перлитного распада. Следовательно, будут получаться структуры перлитного типа: перлит, сорбит, тростит.Стали мартенситного класса содержат большее количество легирующих элементов (обычно 7... 15 %). В присутствии никеля, даже при общем количестве легирующих элементов около 5 %, сталь может относиться к мартенситному классу. Содержание углерода в сталях мартенситного класса обычно не превышает 055 %, Область перлитного распада в этих сталях сдвинута вправо, поэтому охлаждение на воздухе приводит к переохлаждению аустенита до температур мартенситного превращения, где и происходит образование мартенсита.

Стали аустенитного класса содержат более 15 % легирующих элементов, в том числе не менее 8 % никеля или около 13 % марганца. В большинстве этих сталей содержание углерода не превышает 0,2 %. Легирующие элементы (особенно никель), растворяясь в аустените, очень сильно повышают его устойчивость. При этом не только сдвигается вправо область перлитного распада, но и точка начала мартенситного превращения снижается в область отрицательных температур. В результате сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, сохраняет аустенитную структуру.

Стали ферритного класса содержат от 17 до 30 % хрома или не менее 2,5% кремния. Это малоуглеродистые стали, в которых процент углерода не превышает 0,2. Растворяясь в феррите, хром очень сильно повышает его устойчивость. Такие стали практически не имеют фазовых превращений при нагреве вплоть до плавления, то есть сохраняют ферритную структуру во всех интервалах температур.

К сталям карбидного (ледебуритного) класса относятся высокоуглеродистые (более 0,7 % С), легированные большим количеством карбидообразующих элементов, преимущественно вольфрамом, ванадием, молибденом, хромом. Легирующие элементы образуют с углеродом большое количество специальных карбидов. Уже в процессе кристаллизации стали образуются карбиды, входящие в состав эвтектики, напоминающей ледебурит. При охлаждении на в сталях карбидного класса, подобно сталям мартенситного класса, основа структуры получается мартенситной.

Микроструктура сталей различных классов в нормализованном состоянии показана на рис.2.

микроструктура легированных сталей

 

микроструктура легированных сталей

Риc.2. Микроструктуры сталей различных классов в нормализованном состоянии, увеличение 100:

а) перлит и феррит;б) мартенсит игольчатый;в) аустенит;г) феррит;д) бесструктурный мартенсит и карбиды.

Рассмотренная классификация легированных сталей условна и относится к случаю охлаждения на воздухе образцов небольших сечений. Меняя условия охлаждения можно в одной и той же стали получать различные структуры и свойства.

Свойства и применение легированных сталей

По назначению легированные стали разделяются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Стали перлитного класса с различным содержанием углерода нашли широкое применение как конструкционные материалы для изготовления различных конструкций и деталей машин. Для изготовления конструкций применяют преимущественно низколегированные стали с невысоким содержанием углерода, что обеспечивает им хорошую свариваемость.

Стали предназначенные для изготовления деталей машин и приборов, разделяют в зависимости от применяемой к ним термообработки на цементуемые (содержат не более 0,25 %С) и улучшаемые (0.25... 0,5%С). Детали из цементуемых сталей подвергают цементации, закалке и низкому отпуску. В результате получается твёрдая, износостойкая поверхность (HRC 56... 62), со структурой высокоуглеродистого мартенсита и более мягкая, вязкая сердцевина (НЕС 15...45) со структурой малоуглеродистого мартенсита.

Детали из улучшаемых сталей подвергают закалке в масле и высокому отпуску. Такая термообработка называется улучшением. Закалка даёт мартенситную структуру. Мартенсит при высоком отпуске распадается на сорбит., сочетающий достаточную прочность с повышенной вязкостью. Такие детали хорошо работают в условиях динамических нагрузок.

Стали, легированные кремнием, марганцем и некоторыми другими элементами и содержащие 0,5...0,65 %С, используются для изготовления пружин и рессор. Они подвергаются закалке и среднему отпуску на тростит, который обеспечивает хорошую упругость и прочность.

К перлитному классу принадлежат и шарикоподшипниковые стали. Это высокоуглеродистые стали, легированные небольшим количеством хрома (не более 1,5 %). Закалка и низкий отпуск обеспечивают им мартенситную структуру, прочность и износостойкость.

Кроме деталей машин из легированных сталей перлитного класса с высоким содержанием углерода (более 0,8 %) изготавливают режущий и мерительный инструмент. Такой инструмент подвергается неполной закалке и низкому отпуску. Приобретая высокую твёрдость и износостойкость, инструмент, однако, не обладает достаточной теплостойкостью. Некоторые марки перлитных сталей используют для изготовления инструмента для горячего деформирования. Пониженное по сравнению с другими инструментальными сталями содержание углерода (от 0,3 до 0,7%) позволяет получить достаточную вязкость, т.к. такой инструмент часто работает с ударными нагрузками.

Легирующие элементы в сталях перлитного класса не оказывают существенного влияния на структуру. В основном они способствуют увеличению прокаливаемости и тем самым дают возможность получить высокие механические свойства в деталях больших сечений.

Среди сталей мартенситного класса широкое применение находят стали, содержащие около 13 % хрома и до 0,4 % углерода. При содержании хрома более 12,5 % сталь становится коррозионностойкой. Стали этой группы хорошо сопротивляются атмосферной коррозии и коррозии в среде водяного пара, т.е. являются нержавеющими из них изготавливают различные детали машин, требующие повышенной прочности и коррозионной стойкости, а также некоторые виды инструмента. Упрочнение достигается закалкой в масле или на воздухе на структуру мартенсита. Отпуск в зависимости от назначения может быть высоким (для деталей машин) или низким (для инструмента).

Набольшее применение среди сталей аустенитного класса находят хромоникелевые стали, содержащие около 18 % хрома и 8.., 10 % никеля (углерода не более 0,2 %). Эти стали имеют более высокую коррозионную стойкость, чем хромистые стали мартенситного класса. В нормализованном состоянии эти стали имеют структуру, состоящую из аустенита и небольшого количества карбидов типа (FeCr)23C6. При нагреве под закалку (так называемая аустенизацня) карбиды растворяются в аустените, и при резком охлаждении в воде фиксируется однофазная аустенитная структура. Однофазные структуры характеризуются более высокой коррозионной стойкостью, т.к. в этом случае уменьшается вероятность образования микрогальванических пар, вызывающих электрохимическую коррозию. Закалка аустенитных сталей не является упрочняющей операцией.

Аустенитные стали используются как кислотостойкие для изготовления химической аппаратуры, а также для деталей машин и криогенного оборудования, работающего при температурах до -253 С. Стали этого класса могут использоваться и как жаростойкие, жаропрочные материалы.

Наиболее известными сталями ферритного класса являются высокохромистые стали, содержащие 17...30 % хрома и не более 0,2 % углерода. Они хорошо сопротивляются как электрохимической так и газовой коррозии при высоких температурах, т.е. являются кислотостойкими и жаростойкими (окалиностойкими). Недостатком этих сталей является низкая прочность и возникающая при перегреве (например, при сварке) крупнозернистость, которая не устраняется термической обработкой, Крупнозернистость придаёт сталям повышенную хрупкость. Используются эти стали преимущественно в отожженном состоянии.

Рассмотренные стали мартенситного, аустенитного и ферритного класса относятся с особыми свойствами.

Стали карбидного класса по назначению являются инструментальными. Они отличаются повышенной износостойкостью и теплостойкость (красностойкостью). Благодаря этому их используют для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Наилучшие режущие свойства стали приобретают после сложной термической обработки. Отожженные заготовки имеют структуру сорбитообразного перлита и карбидов. После механической обработки заготовок и придания инструменту необходимой формы он подвергается закалке и трёхкратному отпуску. Схема режимов термической обработки приведена.

С целью выравнивания температуры по всему сечению инструмента и в избежании его деформации производится подогрев до температуры около 800°С, а затем окончательный нагрев в расплавах солей до температур 1260... 1290 °С (для стали Р18). Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения карбидов и получения при нагреве высоколегированного аустенита. Это обеспечивает получение после закалки в масле (или на воздухе) высоколегированного мартенсита, обладающего высокой устойчивостью против отпуска, т.е. теплостойкостью. Часть карбидов, не растворившихся при нагреве, препятствуют росту зерна аустенита.

В процессе охлаждения часть аустенита превращается в мартенсит. Кроме того в структуре сохраняются не растворенные карбиды и некоторое количество остаточного аустенита, т.к. точка Мк лежит ниже нуля градусов и мартенситное превращение не заканчивается. Остаточный аустенит понижает твёрдость и режущие свойства, поэтому его присутствие в структуре недопустимо.

После закалки следует отпуск при температуре около 560 °С, при котором происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит с выделением дополнительного количества дисперсных карбидов. Это сопровождается увеличением твёрдости. Чтобы весь остаточный аустенит превратился в мартенсит, отпуск проводят 3 раза подряд с выдержкой по одному часу. Для инструмента простой формы можно делать после закалки обработку холодом и однократный отпуск при 560°С.

Твёрдость стали после закалки составляет HRC 62...63, а после трёхкратного отпуска HRC 64...65. Высокая твёрдость сохраняется при последующих нагревах в процессе работы до температур до 600 "С, что обеспечивает теплостойкость инструмента.

Также по теме:

Про дюралюмины. Состав и применение сплавов на основе Al-Cu-Mg.

Дилатометрия. Дилатометрические кривые.

svarder.ru

Свойства и применение легированных сталей

По назначению легированные стали разделяются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Стали перлитного класса с различным содержанием углерода нашли широкое применение как конструкционные материалы для изготовления различных конструкций и деталей машин. Для изготовления конструкций применяют преимущественно низколегированные стали с невысоким содержанием углерода, что обеспечивает им хорошую свариваемость.

Стали предназначенные для изготовления деталей машин и приборов, разделяют в зависимости от применяемой к ним термообработки на цементуемые (содержат не более 0,25 %С) и улучшаемые (0.25... 0,5%С). Детали из цементуемых сталей подвергают цементации, закалке и низкому отпуску. В результате получается твёрдая, износостойкая поверхность (НКС 56... 62), со структурой высокоуглеродистого

мартенсита и более мягкая, вязкая сердцевина (НЕС 15...45) со структурой малоуглеродистого мартенсита.

Детали из улучшаемых сталей подвергают закалке в масле и высокому отпуску. Такая термообработка называется улучшением. Закалка даёт мартенситную структуру. Мартенсит при высоком отпуске распадается на сорбит., сочетающий достаточную прочность с повышенной вязкостью. Такие детали хорошо работают в условиях динамических нагрузок.

Стали, легированные кремнием, марганцем и некоторыми другими элементами и содержащие 0,5...0,65 %С, используются для изготовления пружин и рессор. Они подвергаются закалке и среднему отпуску на тростит, который обеспечивает хорошую упругость и прочность.

К перлитному классу принадлежат и шарикоподшипниковые стали. Это высокоуглеродистые стали, легированные небольшим количеством хрома (не более 1,5 %). Закалка и низкий отпуск обеспечивают им мартенситную структуру, прочность и износостойкость.

Кроме деталей машин из легированных сталей перлитного класса с высоким содержанием углерода (более 0,8 %) изготавливают режущий и мерительный инструмент. Такой инструмент подвергается неполной закалке и низкому отпуску. Приобретая высокую твёрдость и износостойкость, инструмент, однако, не обладает достаточной теплостойкостью. Некоторые марки перлитных сталей используют для изготовления инструмента для горячего деформирования. Пониженное по сравнению с другими инструментальными сталями содержание углерода (от 0,3 до 0,7%) позволяет получить достаточную вязкость, т.к. такой инструмент часто работает с ударными нагрузками.

Легирующие элементы в сталях перлитного класса не оказывают существенного влияния на структуру. В основном они способствуют увеличению прокаливаемости и тем самым дают возможность получить высокие механические свойства в деталях больших сечений.

Среди сталей мартенситного класса широкое применение находят стали, содержащие около 13 % хрома и до 0,4 % углерода. При содержании хрома более 12,5 % сталь становится коррозионностойкой. Стали этой группы хорошо сопротивляются атмосферной коррозии и коррозии в среде водяного пара, т.е. являются нержавеющими из них изготавливают различные детали машин, требующие повышенной прочности и коррозионной стойкости, а также некоторые виды инструмента. Упрочнение достигается закалкой в масле или на воздухе на структуру мартенсита. Отпуск в зависимости от назначения может быть высоким (для деталей машин) или низким (для инструмента).

Набольшее применение среди сталей аустенитного класса находят хромоникелевые стали, содержащие около 18 % хрома и 8.., 10 % никеля (углерода не более 0,2 %). Эти стали имеют более высокую коррозионную стойкость, чем хромистые стали мартенситного класса. В нормализованном состоянии эти стали имеют структуру, состоящую из аустенита и небольшого количества карбидов типа (FeCr)23C6. При нагреве

под закалку (так называемая аустенизацня) карбиды растворяются в аустените, и при резком охлаждении в воде фиксируется однофазная аустенитная структура. Однофазные структуры характеризуются более высокой коррозионной стойкостью, т.к. в этом случае уменьшается вероятность образования микрогальванических пар, вызывающих электрохимическую коррозию. Закалка аустенитных сталей не является упрочняющей операцией.

Аустенитные стали используются как кислотостойкие для изготовления химической аппаратуры, а также для деталей машин и криогенного оборудования, работающего при температурах до -253*С. Стали этого класса могут использоваться и как жаростойкие, жаропрочные материалы.

Наиболее известными сталями ферритного класса являются высокохромистые стали, содержащие 17...30 % хрома и не более 0,2 % углерода. Они хорошо сопротивляются как электрохимической так и газовой коррозии при высоких температурах, т.е. являются кислотостойкими и жаростойкими (окалиностойкими). Недостатком этих сталей является низкая прочность и возникающая при перегреве (например, при сварке) крутшозернистость, которая не устраняется термической обработкой, Крупнозернистость придаёт сталям повышенную хрупкость. Используются эти стали преимущественно в отожженном состоянии.

Рассмотренные стали мартенситного, аустенитного и ферритного класса относятся с особыми свойствами.

Стали карбидного класса по назначению являются инструментальными. Они отличаются повышенной изноетойкостью и теплостойкость (красностойкостью). Благодаря этому их используют для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Наилучшие режущие свойства стали приобретают после сложной термической обработки. Отожженные заготовки имеют структуру сорбитообразного перлита и карбидов. После механической обработки заготовок и придания инструменту необходимой формы он подвергается закалке и трёхкратному отпуску. Схема режимов термической обработки приведена на рис.3.

С целью выравнивания температуры по всему сечению инструмента и в избежании его деформации производится подогрев до температуры около 800°С, а затем окончательный нагрев в расплавах солей до температур 1260... 1290 °С (для стали Р18). Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения карбидов и получения при нагреве высоколегированного аустенита. Это обеспечивает получение после закалки в масле (или на воздухе) высоколегированного мартенсита, обладающего высокой устойчивостью против отпуска, т.е. теплостойкостью. Часть карбидов, не растворившихся при нагреве, препятствуют росту зерна аустенита.

В процессе охлаждения часть аустенита превращается в мартенсит. Кроме того в структуре сохраняются не растворенные карбиды и некоторое количество остаточного аустенита, т.к. точка Мк лежит ниже нуля градусов и мартенситное превращение не заканчивается. Остаточный аустенит понижает твёрдость и режущие свойства, поэтому его присутствие в структуре недопустимо.

После закалки следует отпуск при температуре около 560 °С, при котором происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит с выделением дополнительного количества дисперсных карбидов. Это сопровождается увеличением твёрдости. Чтобы весь остаточный аустенит превратился в мартенсит, отпуск проводят 3 раза подряд с выдержкой по одному часу. Для инструмента простой формы можно делать после закалки обработку холодом и однократный отпуск при 560°С.

Твёрдость стали после закалки составляет HRC 62...63, а после трёхкратного отпуска HRC 64...65. Высокая твёрдость сохраняется при последующих нагревах в процессе работы до температур до 600 "С, что обеспечивает теплостойкость инструмента.

В таблицах 1, 2, 3, 4 приведены справочные данные на различные стали с указанием марок, химического состава, режимов термической обработки, механических свойств и примерного назначения.

studfiles.net

Легированная сталь

При выборе материала для изготовления металлического изделия необходимо учитывать несколько характеристик, в том числе и его модуль жесткости. Этот структурно нечувствительный показатель зависит только от природы материала, из которого изготовлены силовые элементы – стрингеры, шпангоуты, плоские пластины и т.д.

Самый высокий модуль жесткости имеет сталь, которая, в свою очередь, по своему химическому составу бывает двух видов. Во-первых, это легированная сталь, в которую специально добавляются легирующие элементы для получения каких-либо необходимых свойств.

Основные элементы, которые влияют на свойство стали – это углерод, кремний и марганец. Углерод при увеличении его содержания делает сталь прочнее и тверже, уменьшая при этом ее пластичность. Кремний вводят в качестве раскислителя, однако при содержании его более одного процента намного ухудшается свариваемость стали: сварной шов делается хрупким. А такой элемент как марганец повышает хладноломкость и ударную вязкость стали, тоже являясь хорошим раскислителем.

Как правило, помимо железа и углерода, добавляется какой-либо один компонент, поэтому легированная сталь классифицируется как трехкомпонентная, четырехкомпонентная и т. д. Иногда она различается по названию легирующего элемента, например, хромистая, хромоникелевая, хромоникельмолибденовая и т.д.

Легированная сталь содержит более одного процента хрома или никеля. Если в ней присутствует более 0,5 % ванадия, титана, молибдена, ниобия, азота, меди и др., то она считается легированной именно этими элементами.

В зависимости от количества добавленных компонентов, легированная сталь подразделяется на следующие подклассы:

- высоколегированная сталь, в которой суммарное содержание легирующих элементов не менее десяти процентов;

- среднелегированная – не более восьми процентов;

- низколегированная сталь, в которую добавлен всего один элемент с содержанием по верхнему пределу не более двух процентов.

Обычно легирующие элементы значительно повышают себестоимость стали, тем более что некоторые добавляемые элементы уже сами по себе являются дефицитными дорогостоящими металлами. Исходя из этого, их добавление в сталь должно быть обязательно обосновано.

Легированная сталь имеет следующую маркировку: первые две цифры показывают содержание углерода (сотые доли процента), буквы условно обозначают добавленный легирующий элемент, цифра после них – содержание этого элемента в процентах. Буква «А», которая стоит в конце маркировки, означает, что данная сталь высокого качества с пониженным содержанием фосфора и серы.

Другая разновидность стали по химическому составу – углеродистая. Ее из-за простоты производства и дешевизны чаще используют во многих отраслях промышленности.

Одним из предназначений стали является ее применение при изготовлении измерительных и режущих инструментов, деталей машин, штампов с холодным и горячим деформированием.

Инструментальная сталь бывает и легированной, и углеродистой, и в зависимости от норм, регулируемых ГОСТом, для каждой конкретной металлопродукции нужно использовать сталь, имеющую определенный химический состав.

Например, для хирургических инструментов, сверл, зубил, молотков, отверток, пил, фрез и др. используется сталь определенной категории – высоколегированная, быстрорежущая. Она обладает высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью. Эти уникальные свойства получаются путем специального легирования с добавлением карбида вольфрама, а также сложной термообработки.

Для молотовых, холодных и горячих штампов, пресс-форм и др. используется сталь таких марок, как Х6ВФ, 9Х, 5ХНМ и т.д.

fb.ru

Свариваемость легированных сталей: особенности

Легированная сталь — это сплав металлов. Основным элементом в нем является железо, дополняющееся углеродом, количество которого влияет на качество и сорт стали. В состав этого материала преднамеренно добавляется один или несколько элементов, кроме углерода, для создания требуемого свойства.

Виды стали

Виды стали.

К легирующим элементам относят:

  • молибден;
  • хром;
  • ванадий;
  • никель;
  • марганец;
  • бор.

Благодаря легированию повышается коррозионностойкость стали, ее твердость, долговечность и прочие качества. Чтобы иметь полное представление об этом материале, необходимо рассмотреть свойства свариваемости легированных сталей.

Основные виды легированной стали и ее свойства

Легированная сталь подразделяется на три вида:

  • низколегированная, легирующие элементы в которой не превышают 2.5%;
  • среднелегированная, с элементами от 2.5 до 10%;
  • высоколегированная, где элементов содержится более 10%.

В зависимости от преобладания тех или иных элементов, сталь так и называется, например хромистая, ванадиевая, хромоникелевая и т.д. Каждая легированная сталь маркируется по буквам: Х — хромистая, М — молибденовая, В — вольфрамовая, Ф — ванадиевая, Г — марганцевая, К — кобальтовая, Р — борная, Ю — алюминиевая, С — кремневая, Т — титановая, Б — ниобиевая, А — азотная.

Свойства и назначение легированных сталей

Свойства и назначение легированных сталей.

Независимо от своей марки, такая сталь подразделяется по типам:

  • нержавеющая;
  • жаростойкая;
  • кислотостойкая;
  • окалиностойкая.

Благодаря разделам по типам определяется область применения каждого вида материала.

Низколегированный материал: характеристики

Низколегированные изделия наиболее распространены, так как свойства таких материалов модифицируются различными элементами. Это необходимо для того, чтобы обеспечить максимальную твердость, коррозийную стойкость, прочность, а также ударную вязкость, в отличие от материала, содержащего углерод. Чтобы добиться подобных качеств, сплавы подвергают термообработке.

В случае когда в низколегированном изделии большой процент углерода, чаще всего оно трудно сваривается. Ну, а при снижении углерода от 0.1 до 0.3% свариваемость максимально увеличивается, увеличивается и формуемость с сохранением прочности.

К самому популярному варианту относится нержавеющая сталь. Такой материал содержит минимум 10% хрома. Она способна противостоять образованию коррозии и пятен, в отличие от обычной модификации.

Свариваемость легированной стали

Легированная сталь нашла свое широкое применение в конструкциях мостов, высоких башнях и подъемном оборудовании.

Схема особенностей сварки высоколегированных сталей

Схема особенностей сварки высоколегированных сталей.

Благодаря повышенной ударной прочности, твердости, эластичности, используя инновационные дизайны, свариваются наиболее легкие конструкции и при этом происходит значительная экономия.

Сваривается подобная композиция довольно непросто, и этот процесс является сложным, который требует знаний и подготовки.

Проблема может состоять в том, что термическая обработка закаленной стали может привести к растрескиванию, в случае если не принять меры осторожности при свариваемости сталей.

Свойства стали, такие как прочность, твердость и пластичность, обеспечиваются воздействием специальных температур. Это называется закалкой и отпуском.

Принцип закалки заключается в возрастающем нагреве металла в печах до необходимой температуры. Сталь при такой температуре находится определенное время, далее резко подвергается охлаждению до комнатной температуры.

Первоначально закаленная сталь является хрупкой, а для восстановления пластичности важно произвести второй этап закалки, при котором сталь нагревается промежуточной температурой на протяжении требуемого времени и далее подвергается охлаждению.

Подобные процессы способны изменять микроструктуру стали, чтобы придать ей необходимые механические свойства. Даже несмотря на то что, используя различные способы сварки, легированная сталь подвергается неоднократному процессу нагревания и охлаждения.

При закалке, так же как и при сварке, материал приобретает твердость, хрупкость и склонность к растрескиванию из-за внутреннего напряжения.

Немаловажный фактор — это повышение температуры и скорость охлаждения, а также присутствие легирующих составляющих (их количество).

Чем опасен обычный водород?

Меры предупреждения деформирования сварных изделий из легированной стали

Меры предупреждения деформирования сварных изделий из легированной стали.

При сваривании легированной стали самым опасным из газов является водород, так как он способен спровоцировать образование трещин. Как правило, он может проникнуть с влажными электродами или при других обстоятельствах, связанных с некачественной обработкой швов.

Чаще всего он поглощается при расплаве в атомарной форме, во время повышения температур, вследствие чего он отклоняется.

Так, применение низководородных электродов используют при сваривании сплавов стали в ограниченном месте. Такие электроды должны храниться в сухих местах, чтобы избежать впитывания влаги.

Особенности сварки легированной стали

При сварке подобной стали можно использовать любые методы, выбор которых может зависеть только от целей экономии и практичности.

Но все-таки важно соблюдать меры безопасности. К ним относится:

  • минимальный расход водорода;
  • нагревание свариваемого материала.

Это необходимо, чтобы исключить холодные трещины. С учетом этих причин экранированная сварка должна производиться с применением низководородных электродов. При этом выбор присадочного металла должен соответствовать металлу свариваемого шва не по химическому составу, а с учетом механических свойств, которые образуются в процессе термообработки. Большинство электродов не соответствует принятым стандартам специального назначения.

Содержание газа вольфрама в дуговой сварке является оптимальным, для того чтобы минимизировать содержание водорода.

Сваривание легированной стали должен выполнять только квалифицированный мастер и с соблюдением технологических правил. Сварка должна производиться в кратчайшие сроки и желательно в непрерывном режиме. Сваривать сталь, предрасположенную к образованию трещин, следует в закрытом пространстве, где температура должна быть не ниже 40 градусов.

Свариваемый материал должен быть абсолютно чистым и сухим, и на нем не должно быть влажных образований. Сварка должна выполняться при постоянном переменном токе, который выбирается с учетом толщины стали.

При обработке высоколегированной стали можно применять также ручную дуговую или механизированную сварку с применением флюса или с использованием защитных газов.

moyasvarka.ru

Легирование металлов

легированная сталь

При некоторых условиях эксплуатации стальных изделий и  конструкций обычные физико-механические характеристики материал не удовлетворяют поставленным требованиям. В таких случаях стали легируют – добавляют при выплавке к исходному составу другие химические элементы (в основном – тоже металлы, хотя как будет показано далее, есть и исключения). В результате сталь становится прочнее, твёрже, устойчивее к внешним неблагоприятным факторам, хотя и теряет в своей пластичности, что в большинстве ситуаций ухудшает её обрабатываемость.

Технические требования к легированным сталям регламентированы ГОСТ 4543 (применительно к тонколистовому стальному прокату действует ещё ГОСТ 1542). В то же время ряд комплексно и сложнолегированных сталей производится согласно ТУ металлургических предприятий.

Легирование и примеси – есть ли разница?

С формальной точки зрения, некоторые химические элементы, содержащиеся в обычных сталях, как конструкционных, так и обычного качества, тоже можно называть легирующими. К таким можно отнести, например, медь (до 0,2%), кремний (до 0,37%) и т.д.

Постоянными спутниками любой стали являются фосфор и сера. Тем не менее, металловеды относят их по большей части не к легирующим добавкам, а к примесям, хотя иногда процентное содержание другого легирующего элемента может быть даже меньшим.

номограмма зависимости механических свойств от процентной доли легирующих элементовПричина заключается в том, что любая примесь является следствием либо чистоты исходной руды (марганец), либо специфики металлургических процессов плавки (сера, фосфор). Теоретически выплавленная без меди, фосфора и серы сталь обладала бы  такими же механическими свойствами. Легирование же имеет своей конечной целью именно повышение определённых технических характеристик стали. При этом фосфор и сера однозначно относятся к вредным, но неизбежным примесям. Наличие меди увеличивает пластичность, зато способствует налипанию поверхности металла, имеющего избыточную (более 0,3%) концентрацию меди на поверхность смежной детали. При работе конструкции в условиях интенсивного трения это является крупным недостатком.

Наличие химического элемента с концентрацией более 1% даёт основание вводить его условное обозначение в марку стали. Кроме вышеупомянутой стали 65Г, подобной чести удостаивается также и алюминий (присутствующий, в частности, в стали О8Ю). В данном случае алюминий вводится в обычную конструкционную сталь О8 с целью её раскисления, а то, что при этом несколько повышаются показатели её пластичности, является лишь удачным сопутствующим обстоятельством. Борирование стали обеспечивает ей повышенную последующую деформируемость, поэтому даже микродобавки бора в химический состав стали отмечаются соответственно изменённой её маркировкой (например, в стали 20Р присутствует всего  0,001…0,005 % бора).

В целом принято, что:

  • Стали, содержащие только один, намеренно вводимый в состав элемент;
  • Стали, в составе которых имеются иные, кроме углерода и марганца, химические элементы в количестве не более 1%

— легированными не считаются. С другой стороны, если в составе выплавляемого сплава процентное содержание железа не превышает 55%, то такой материал уже не может называться  легированной сталью.

Общая классификация легирующих элементов  в сталях

Преобладающее положение в списке легирующих элементов имеют металлы. Исключение составляют кремний и бор.

Наличие легирующих элементов оказывает преобладающее влияние на вид диаграммы состояния системы «железо-углерод», и на наличие/отсутствие химических соединений в конечном продукте (нитридов, карбидов и более сложных по формуле компонентов). Последние, в свою очередь существенно видоизменяют микроструктуру стали.

обозначение легирующих элементов

В связи с этим, легирующие сталь металлы подразделяются на две группы:

  1. Металлы, которые увеличивают область твёрдых растворов на основе γ-железа (аустенитная область на диаграмме состояния), что приводит к повышению разнообразия конечной микроструктуры легированной стали после её упрочняющей термообработки). К таким элементам относятся никель, марганец, кобальт, медь, а также азот.
  2. Металлы и химические элементы, наличие которых сужает γ-область, зато повышает прочность стали. К ним относят хром, вольфрам. ванадий, молибден, титан.

В процессе получения легированных сталей изменяются следующие закономерности в её свойствах.

Как известно, разные элементы обладают различной кристаллической структурой (для металлов это – гранецентрированная и объёмноцентрированная). Само же железо имеет объёмноцентрированную решётку.

При внедрении в сталь металла со сходным типом решётки область существования α-раствора (феррита) увеличивается за счёт соответствующего уменьшения аустенитной области.  В результате микроструктура  стабилизируется, что допускает более широкий выбор технологических процессов последующей термообработки.Наоборот, при наличии в стали металла с другим типом решётки аустенитная область сужается. Такая сталь при своей последующей механической обработке будет более пластичной.Легирование стали некоторыми металлами вообще невозможно. Это происходит, если разница в атомных диаметрах элементов превышает 15%.

Именно по этой причине такой металл как цинк вводят в качестве легирующей добавки только в цветные металлы и сплавы. Ограниченное применение для целей легирования стали находят также химические элементы, которые неспособны образовывать при выплавке устойчивые химические соединения с углеродом, железом и азотом.

Зависимость характеристик  стали от насыщения её определёнными химическими элементами окончательно ещё не изучено. Это объясняется тем, что  при комплексном легировании каждый компонент может взаимодействовать по разному с другими, причём такие изменения закономерному объяснению часто не поддаются. Поэтому вопросы целесообразности применения того либо иного легирующего элемента разрешаются экспериментальным путём.

Доказанными считаются следующие положения:

  • Эффективность процесса повышается при увеличении растворимости азота и углерода в легирующей добавке, и в основном железе;
  • Стабильность окончательных свойств стали повышается при увеличении размеров аустенитной зоны;
  • Качество стали, легированной металлами и элементами с меньшим, чем у железа порядковым номером (в таблице химических элементов Д. Менделеева) хуже, чем в противоположном случае;
  • Более тугоплавкие, по сравнению с железом, металлы повышают прочность стали при любых вариантах её дальнейшей термообработки.

Впрочем, вторичные взаимодействия, сильно зависящие от способа выплавки стали, могут  существенно корректировать эти положения. Поэтому на данном этапе с уверенностью можно говорить лишь о влиянии  конкретных легирующих элементов на свойства стали.

Влияние хрома

Хром – металл, особенно часто применяемый для целей легирования. Его добавляют как в конструкционные стали (например, 20Х, 40Х), так и в инструментальные  (9ХС, Х12М). При этом конечные свойства легированной хромом стали сильно зависят от его содержания в ней. При низких (менее 0,5…0,7%) концентрациях структура стали становится боле грубой, и чувствительной к направлению её последующей обработки, особенно при прокатке и гибке в холодном состоянии. Ухудшается также равномерность распределения основных составляющих микроструктуры.

Как уже было отмечено выше, одной из главных целей легирования является формирование в стали карбидов металлов, прочность и твёрдость которых заметно выше, чем основного металла.  Хром образует два вида карбидов: гексагональный Cr7C3 и кубический Cr23С6, причём в обоих случаях прочность и хладостойкость стали возрастают. Особенностью карбидов хрома является присутствие в их структуре также и других элементов – железа и ванадия. В результате температура эффективного растворения снижается, что, в свою очередь, приводит к таким положительным особенностям сталей, легированных хромом, как прокаливаемость, возможность вторичного дисперсионного твердения и теплостойкость. Поэтому стали, легированные хромом, имеют увеличенную эксплуатационную стойкость при тяжёлых условиях своей эксплуатации.

Однако увеличение содержания хрома в стали приводит и к отрицательным последствиям. При его концентрации более 5…10% резко ухудшается карбидная однородность материала, что сопровождается нежелательными явлениями при её механической обработке: даже при нагреве пластичность стали невысока, поэтому при ковке с большими степенями деформации высокохромистые стали подвержены растрескиванию.

При чрезмерном карбидообразовании увеличивается также количество концентраторов напряжений, что негативно влияет на стойкость таких сталей к динамическим нагрузкам. Учитывая это, содержание хрома в сталях не должно превышать 5..6%.

Влияние вольфрама и молибдена

Действие этих легирующих добавок в сталях примерно одинаково, поэтому их рассматривают совместно. Вольфрам и молибден улучшают дисперсионное твердение сталей, что увеличивает их теплостойкость, особенно при длительной работе с повышенными температурами. Мартенситостареющие стали обладают уникальным комплексом свойств: они сочетают достаточную пластичность и вязкость с высокой поверхностной прочностью, а потому находят широкое применение в качестве инструментальных сталей, предназначенных  для холодной объёмной штамповки с высокими степенями деформации. Причиной этому – формирование интерметаллидных соединений Fe2W и Fe2Mo3, которые способствуют последующему появлению специальных карбидов (чаще – хрома и ванадия). Поэтому часто, совместно с вольфрамом и молибденом стали легируют также и этими металлами. Примером служат инструментальные стали типа Х4В2М1Ф1, конструкционные 40ХВМФА и т.п.

Наиболее эффективно такое легирование для сталей, содержащих сравнительно большое количество углерода. Именно этим объясняется преимущественное применение сталей, содержащих вольфрам и молибден, для производства ответственных шестерён, валов и других деталей машин, работающих при сложных, резко  циклических нагрузках. Наличие рассматриваемых легирующих компонентов улучшает закаливаемость сталей и способствует более устойчивым конечным характеристикам изделий, изготовленных из них.

Имеются и отрицательные стороны избыточного легирования данными металлами. Например, повышение концентрации молибдена более 3% способствует обезуглероживанию стали при нагреве, становится причиной хрупкого разрушения (особенно, если в составе такой стали присутствует в увеличенном — более 2% — количестве кремний). Предельное содержание вольфрама в стали – 10…12% — связано, главным образом, с резким повышением стоимости готового продукта.

Влияние ванадия

Ванадий чаще применяется как компонент сложного легирования.  Его наличие придаёт легированным сталям более равномерную и благоприятную структуру, которая мало изменяется даже с термообработкой. Кроме того, ванадий стабилизирует γ-фазу, что увеличивает стойкость стали к напряжениям сдвига (как известно, именно при сдвиговых деформациях металлы имеют наименьшую прочность).

На твёрдость стали ванадий практически не влияет, это особенно заметно для конструкционных сталей, содержащих меньше углерода, чем инструментальные. В комплекснолегированных сталях ванадий увеличивает теплостойкость, что повышает их устойчивость от хрупкого разрушения. В этом смысле влияние ванадия противоположно влиянию молибдена. Особенностью термообработки легированных сталей, содержащих ванадий, считается невозможность выполнения высокого отпуска после закалки, поскольку последующая пластичность стали снижается. Поэтому в сталях, предназначенных для изготовления крупных деталей или поковок, процентное содержание ванадия ограничивается 3..4%.

Влияние кремния, марганца  и кобальта

Кремний – единственный из неметаллов, «допущенный» к процессам легирования. Объясняется это двумя факторами – дешевизной элемента и однозначной зависимостью твёрдости от процентного содержания кремния в стали.  Именно поэтому кремний часто применяется при выплавке недорогих низколегированных строительных сталей, а также сталей, для эксплуатационной долговечности которых важно оптимальное сочетание прочности и упругости. Чаще всего  совместно с кремнием используется и марганец – примерами могут быть  стали 09Г2С, 10ГС, 60С2 и т.д.

В инструментальных сталях кремний как легирующий компонент используется редко, и притом только в сочетании с другими металлами, которые нейтрализуют его отрицательные свойства – малую эксплуатационную пластичность и вязкость. Из таких сталей – в частности, 9ХС, 6Х3С и т.п. —  изготавливают режущий и штамповый инструмент, для которого требуется сочетание высокой твёрдости и стойкости при резких нагрузках.

Как и кремний, кобальт при внедрении в структуру стали не образует собственных карбидов, зато в сложнолегированных сталях интенсифицирует их образование при отпуске. Поэтому кобальт применяется не самостоятельно, а в сочетании с такими металлами, как ванадий, хром, вольфрам, при этом, ввиду дефицитности кобальта его содержание обычно не превышает 2,5…3%.

Влияние никеля

Никель – единственный из легирующих компонентов сталей, который повышает её пластичность и снижает твёрдость. Поэтому одним никелем стали не легируют. Зато в сочетании с марганцем никель приводит к заметному повышению прокаливаемости стали, что очень важно при изготовлении крупных деталей машин, для которых важна высокая эксплуатационная долговечность. При этом наличие никеля снижает требования к точности соблюдения температурных интервалов термообработки.

Легирование никелем имеет и ряд особенностей. В частности, никель, не образуя собственных карбидов, способствует увеличению скоплений «чужих» карбидов по границам зёрен, в результате снижается теплостойкость, и повышается хрупкость в диапазоне 20…4000С.   Поэтому процентное содержание никеля в легированных сталях строго увязывается  с наличием в них марганца и хрома: при их наличии предельная концентрация никеля составляет 2%, а при их отсутствии – не более 0,5…1%.

Легированные стали для специальных областей использования содержат в себе и ряд других металлов (например, титан, алюминий и др.). Выбор вида стали диктуется эксплуатационными и финансовыми соображениями.

www.m-deer.ru

Свойства легированной стали.

Поиск Лекций

Характеристика легированных сталей

 

Легированная сталь представляет собой сталь, которая кроме обычных примесей оснащена еще и дополнительными добавочными веществами, которые необходимы для того, чтобы она соответствовала тем или иным химическим и физическим требованиям.

Обычная сталь состоит из железа, углерода и примесей, без которых невозможно себе представить данный материал. В легированную сталь добавляются дополнительные вещества, которые получили название легирующих. Они используются для того, чтобы сталь стала обладать такими свойствами, которые необходимы в тех или иных ситуациях.

Начало формы

Конец формы

В большинстве случаев в качестве легирующих элементов к железу, примесям и углероду добавляются: никель, ниобий, хром, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, азот, медь, кобальт. Также не редко в таком материале отмечаются такие вещества, как молибден и алюминий. Для придания прочности материалу в большинстве случаев добавляется титан.

Такой вид стали имеет три основные категории. Отношение легированной стали к той или иной группе обусловлено тем, сколько в ней содержится стали и примесей, а также легированных добавок.

Виды легированной стали

Есть три основных вида стали с легирующими элементами:

  • Низколегированная сталь.

Она характеризуется тем, что в ней содержится около двух с половиной процентов легирующих дополнительных элементов.

  • Среднелегированная сталь.

Данный материал имеет в своем составе от 2.5 до 10 процентов легирующих дополнительных веществ.

  • Высоколегированная сталь.

К данному виду относятся стальные материалы, количество легирующих добавок в которых превышает десяти процентов. Количество этих компонентов в такой стали может

достигать пятидесяти процентов.

 

Назначение легированной стали

Легированную сталь широко применяют в современной промышленности. Она обладает высоким уровнем прочности, что позволяет изготовлять из нее оборудование для резки и рубки металлического проката самых разных видов.

По своему назначению стали легированного типа могут быть представлены большим количеством групп.

Основными из них являются:

  • конструкционная легированная сталь,
  • инструментальная легированная сталь,
  • легированная сталь с особыми химическими и физическими свойствами.

Характеристики легированных сталей могут быть разнообразными. Они их приобретают благодаря соотношению основных элементов. Стали такого типа являются в любом случае более прочными и устойчивыми к образованию коррозии.

Свойства легированной стали.

Свойства легированных сталей являются разнообразными. Они главным образом определяются теми добавками, которые применяются в качестве легирующих при производстве отдельных видов стальных материалов.

В зависимости от добавленных легирующих компонентов сталь приобретает следующие качества:

  • Прочность. Данное свойство приобретает после добавления в ее состав хрома, марганца, титана, вольфрама.
  • Устойчивость к образованию коррозии. Это качество появляется под воздействием хрома, молибден.
  • Твердость. Сталь становится боле твердой благодаря хрому, марганцу и другим элементам.

Внимание: Стоит отметить, что для того, чтобы легированная сталь была более прочной и устойчивой к внешнему влиянию окружающей среды необходимое содержание хрома не должно быть менее двенадцати процентов.

Сталь легированного типа при правильном процентном соотношении всех входящий в нее элементов не должна менять свои качестве при температуре нагревания до шестисот градусов Цельсия.

 

poisk-ru.ru