Легирующие элементы в конструкционных сталях. Легирующие элементы в сталях
31.Легированные стали, особенность химического состава, назначение, классификация, маркировка легирующих элементов.
Это стали в которые в определенном количестве, в определенной концентрации вводятся легирующие элементы для улучшения ее строения и свойств. Сплавы выше Х% легир. элементов, не имеющие превращений, носят название аустенитными.
Н-никель Х-хром К-кобальт М-молибден Г-марганец Д-медь P-бор С-кремний П-фосфор В-вольфрам Т-титан А-азот Ф-ванадий Ю-алюминий Б-ниобий Ц-цирконий. Особенности хим. состава. 1) легирующие элементы могут находиться в сталях в свободном состоянии в виде металлических включений ( Sb Cu Ag ). 2) В виде хим. соединений.
3) В виде оксидов и сульфидов AL2O3, TiO2, SiO2. 4)Легир. элементы могут растворяться в цементите и образовывать самостоятельные карбиды ( Me3C, MeC ).
Карбидообразующими являются все элементы расположенные левее Fe (Cr, V, Mo, Ti), все эти элементы растворяются в феррите.
5) все элементы, расположенные правее Fe растворяются в феррите, не образуя самостоятельных карбидов (Cu, Co, и др.)
Классификация:
По объёму весовому содержанию легирующих элементов: низколегированные(малоуглеродистые – легирующих эл. <4%), среднелегированные при различном содержании углерода, легирующих элементов 4-10%, высоколегированные – определяются дефицытом легирующего элемента и силой его воздействия на сталь.
По составу: Хромистые, хромоникелевые, кремнистые, высокохромистые.
По назначению: конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.
Конструкционные подразделяются на строительные – до 0,3% углерода, до 4% легир. эл., применение – сооружение мостов, каркасов зданий; машиностроительные: а)цементируемые (углерода до 0,3%, легир. эл. до 5-6%), б)улучшаемые (углерода 0,5-0,6%, легир. эл. 8-10%), в)инструментальные (углерода 0,7-0,8%, легир. эл. 2-10-20%). Инструментальные подразделяются на стали для режущего инструмента, быстрорежущие, штамповые.
Основная масса легированных конструкционных сталей имеет содержание фосфора менее 0,035%, серы менее 0,035%. Такие стали называют качественными. Высококачественные стали содержат вредных примесей гораздо меньше (серы менее 0,025%, фосфора менее 0,025%) и маркируются дополнительно буквой А, которая ставится в конце обозначения, например, сталь 30XГСА, 35ХН1М2ФА. Особо высококачественные стали выплавляются с содержанием серы менее 0,015%, фосфора менее 0,025% и обозначаются буквой Ш в конце маркировки, например 30X1CШ. Буква Ш присутствует также в маркировке подшипниковых сталей, но в этом случае она ставится в начале, например ШХ15, ШХ15СГ.
Цифра в начале указывает на содержание углерода в 0,01%, если цифра отсутствует то углерода чуть больше 1%, цифра после буквы указывает на содержание легируещего элемента в %, если цифра нет то легирующего элемента около 1%. Если в конце стоит буква А, то сталь имеет фосфор и серу (меньше 0,03%) – улучшенная. Если в переди стоит буква Р, то это быстрорежущая сталь.
32. Влияние легирующих элементов на основные параметры термической обработки стали и её структуру.
Влияние легирующих элементов на феррит: растворение легирующих элементов в феррите происходит в результате замещения атома железа атомами легирующих элементов; в процессе замещения атомов Fe, атомами легир. элементов в кр. решётке присходит изменение её параметров, что вызывает изменение свойств феррита: прочность повышается, пластичность понижается.
Влияние легир. элементов на твёрдость и вязкость.
Влияние лигир. эл. на распад аустенита: 1)элементы, которые не образуют карбидов вносят количественные изменения в изотермический распад аустенита (ускорение или замедление). 2)карбидообразующие элементы вносят не только количественные, но и качественные изменения в кинетику изотермического распада аустенита. Большинство легир. эл. замедляют превращение аустенита в перлит и ускоряет превращение в бейнит(300-400С).
Влияние легир. эл. на мартенситное превращение: легир. эл. не влияют на кинетику мартенситного превращения, но оказывают влияние на его температуру, а значит на количество остаточного аустенита(Сo и Al повышают температуру начала превращения, поэтому уменьшается количество аустенита; Si не влияет; все остальные понижают температуру начала превращения, при этом количество аустенита увеличивается).
Влияние легир. эл. на превращения при отпуске: все легир. эл. замедляют распад мартенсита при отпуске, мартенсит сохраняет твёрдость до температуры примерно 200С, при высокой температуре следует ферритно-цементитная смесь; оказывают влияние на средний и высокий отпуск, если легирующий элемент не карбидообразующий, то карбид выделяется в виде Fe3C, если карбидообразующий – то до 400С выделяется Fe3C, при дальнейшем нагреве этот карбид превращается либо в легированный цементит, либо в специальный карбид. Процесс распада мартенсита задерживается карбидообразующими и некарбидообразующими элементами.
Бейнит – структура состоящая из альфа-твёрдого раствора, претерпевшего мартенситное превпащение и несколько пересыщенного углеродом и частицами карбидов. Верхний бейнит – перестый, нижний бейнит - игольчатый
studfiles.net
Легирующие элементы в конструкционных сталях
Основными легирующими элементами конструкционных сталей являются хром, никель, кремний и марганец. Вольфрам, молибден, ванадий, титан, бор и другие легирующие элементы вводят в сталь в сочетании с хромом, никелем и марганцем для дополнительного улучшения свойств.
Легированные стали обладают лучшими механическими свойствами после термической обработки (закалки и отпуска), которые сравнительно мало отличаются от механических свойств углеродистой стали в изделиях малых сечений. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15 – 20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем углеродистых. Особенно сильно повышаются предел текучести, относительное сужение и ударная вязкость. Это объясняется тем, что легированные стали обладают меньшей критической скоростью закалки, а следовательно, лучшей прокаливаемостью. Кроме того, после термической обработки они имеют более мелкое зерно и более дисперсные структуры. Из-за большей прокаливаемости и меньшей критической скорости закалки замена углеродистой стали легированной позволяет производить закалку деталей в менее резких охладителях (масле, воздухе), что уменьшает деформацию изделий и опасность образования трещин. Легированные стали применяют поэтому не только для крупных изделий, но и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем выше ее прокаливаемость.
Для достижения высокой прокаливаемости сталь чаще легируют более дешевыми элементами – марганцем, хромом и бором, а также более дорогими - никелем и молибденом. Однако следует иметь в виду, что по достижении необходимой для данного сечения прокаливаемости дальнейшее увеличение в стали легирующих элементов может не улучшить, а, напротив, ухудшить механические, технологические (обработку резанием, свариваемость и т.д.) свойства стали. При этом повышается порог хладноломкости и уменьшается запас вязкости. Например, увеличение содержания в стали хрома или марганца до 1,0% практически не влияет на порог хладноломкости. Однако при больших их концентрациях порог хладноломкости повышается. В связи с этим содержание легирующих элементов должно быть минимальным, обеспечивающим необходимую для данного сечения и условий охлаждения сквозную прокаливаемость.
Исключение составляют никель и молибден. Никель повышает сопротивление хрупкому разрушению стали, увеличивая пластичность и вязкость, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений и понижает температуру порога хладноломкости. В сложнолегированных сталях никель также обеспечивает высокое сопротивление хрупкому разрушению.
После одинаковой температуры отпуска легированная сталь будет иметь более высокую прочность (твердость), но несколько меньшую пластичность и вязкость, чем углеродистая сталь. Легирующие элементы существенно повышают прочность стали после улучшения, упрочняя ферритную основу (в том числе и за счет сохранения большей плотности дефектов строения) и увеличивая дисперсность карбидных частиц. Наиболее сильно упрочняют сталь Сr, Мо и Si
Похожие статьи:
poznayka.org
Легирующие элементы в стали.
Количество просмотров публикации Легирующие элементы в стали. - 210
Легирующие элементы оказывают различное влияние на аллотропические превращения в железе, на карбидную фазу, на фазовые превращения в стали.
По влиянию на аллотропические превращения в железе легирующие элементы разделяют на элементы, дающие открытую область γ-фазы (Мо, Ni, Co, Cu) и замкнутую область γ-фазы (Cr, V, W, Mo, Si, Ti и др.).
Элементы, расширяющие γ-область, повышают точку А4 и понижают точку А3. Элементы, сужающие γ-область, понижают точку А4 и повышают точку А3.
Легирующие элементы в стали могут находиться в карбидной фазе и в твёрдом растворе в железе (феррите или аустените). К элементам, способным образовывать карбиды, относятся: Mn, Cr, W, V, Mo, Ti и др.
При небольшом содержании карбидообразующие элементы растворяются в цементите с образованием так называемого легированного цементита по общей формуле:
(Fe, M)3C,
где М—легирующий элемент.
К примеру, в случае если в цементите растворён Mn, образуется карбид (Fe, Mn)3С, в случае если растворён Cr, то образуется карбид (Fe, Cr)3C и т.д.
При увеличении содержания карбидообразующего элемента образуются самостоятельные карбиды данного элемента с углеродом, так называемые специальные карбиды, к примеру Cr7C3, Mo2C, W2C, VC, TiC и др.
Вольфрам и молибден при их количестве, превышающем предел насыщения цементита͵ образуют двойные карбиды:
Fe3W3C(Fe2W2C) и Fe3Mo3C(Fe2Mo2C)
Карбиды легирующих элементов обладают более высокой твёрдостью, чем карбид железа Fe3С,
Элементы, не образующие карбидов в стали, Ni, Si, Co, находятся в ней главным образом в твёрдом растворе—в феррите или аустените. Карбидообразующие элементы тоже способны частично растворяться в аустените и феррите. При растворении в феррите происходит замещение атомов железа атомами легирующего элемента.
Легирующие элементы по-разному влияют на механические свойства феррита. Марганец и кремний, значительно повышая твёрдость, одновременно резко снижают вязкость феррита. Вольфрам и молибден незначительно повышают твёрдость, но снижают вязкость феррита. Хром в очень малой степени влияет на твёрдость и вязкость феррита. Никель оказывает наиболее благоприятное влияние на феррит; достаточно интенсивно повышает твёрдость, не снижая при этом вязкости.
Легирующие элементы оказывает влияние на эвтектоидную температуру (положение критической точки А1), на содержание углерода в эктоиде (точка S на диаграмме железа—цементит) и на максимальное содержание углерода в аустените (точка Е на диаграмме железа—цементит).
Элементы, сужающие γ-область, повышают, а элементы, расширяющие γ-область, понижают критическую точку А1. Точка S при наличии в стали любого из легирующих элементов сдвигается влево, что приводит к уменьшению содержания углерода в легированном перлите. Точку Е легирующие элементы тоже сдвигают влево, но особенно сильно данный сдвиг наблюдается в сталях, легированных элементами, сужающими область γ-фазы.
Легирующие элементы очень большое влияние оказывают на изотермический распад аустенита. Все элементы, за исключением кобальта͵ замедляет процесс изотермического распада аустенита. Но исходя из способности образовывать карбиды легирующие элементы оказывают принципиально различное влияние на изотермический распад аустенита. Элементы, не образующие карбидов (никель и др.), а также магний, увеличивая устойчивость аустенита͵ не влияют на характер изотермической кривой, которая остаётся такой же С-образной, как для углеродистой стали, только располагается правее от оси ординат, за исключением Со, сдвигающего диаграмму влево.
Карбидообразующие элементы (Cr, W, Mo, V и др.) не только замедляют распад аустенита͵ но и изменяют характер кривой изотермического распада. Как видно из кривых, при изотермическом распаде аустенита в сталях, легированных карбидообразующими элементами (в данном случае Cr), наблюдаются две зоны минимальной устойчивости аустенита и между ними зона максимальной устойчивости аустенита.
Увеличивая устойчивость аустенита͵ легирующие элементы (за исключением кобальта) уменьшают критическую скорость закалки и тем в большей степени, чем дальше от оси ординат располагаются кривые изотермического превращения. Это имеет большое практическое значение, так как чем меньше критическая скорость закалки, тем менее интенсивный охладитель можно применять при закалке. По этой причине легированные стали при закалке охлаждают в масле.
С устойчивостью аустенита и критической скоростью закалки связана и прокаливаемость. Чем больше устойчивость аустенита и меньше критическая скорость закалки, тем глубже прокаливаемость. По этой причине все элементы (за исключением кобальта) увеличивают прокаливаемость.
Большинство элементов (Mn ,Cr ,Ni и др.) вызывают снижение точки Мн (начало мартенситного превращения) и увеличение количества остаточного аустенита. Элементы Со и Аl повышают положение мартенситной точки Мн. В случае если точка Мн снижается до нуля, то аустенит при закалке не распадается, и, следовательно, такая сталь при комнатной температуре имеет аустенитную структуру.
Легирующие элементы оказывают также влияние на рост зерна аустенита при нагреве. Все легирующие элементы, за исключением марганца, уменьшают склонность аустенитного зерна к росту. Марганец, напротив - способствует росту зерна. Элементы, не образующие карбидов в стали (Ni и др.), мало влияют на уменьшение склонности аустенитного зерна к росту. В гораздо большей степени препятствуют росту аустенитного зерна карбидообразующие элементы (Cr, Mo, V, W, Ti), что объясняется чисто механическим препятствием, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ оказывают карбиды росту зерна. Кроме тормозящего действия карбидов, на уменьшение скорости роста аустенитного зерна влияют также оксиды: окись алюминия (Al2O3 ),окись титана (TiO2) и др.
Легирующие элементы оказывают влияние на диффузионные превращения, связанные с выделением и коагуляцией карбидов, происходящие при отпуске закаленной стали. Большинство легирующих элементов (Cr, Mo, и др.) замедляют процесс распада мартенсита. Выделение из твёрдого раствора легированного цементита и последующая его коагуляция происходит более затрудненно, и для этого требуется более высокая температура по сравнению с температурой, при которой происходит выделение и коагуляция цементита углеродистой стали при отпуске. Это объясняется тем, что в углеродистой стали происходит диффузия только углерода, а в легированной стали диффундируют и углерод, и легирующий элемент.
Характерным явлением, наблюдаемым в марганцовистых, хромистых, хромомарганцовистых, хромоникелевых и некоторых других сталях является так называемая отпускная хрупкость. Как видно из кривой изменения ударной вязкости хромоникелевой стали, исходя из температуры отпуска наблюдаются две температурных зоны хрупкости: первая—при 250-4000С и вторая—при 500-6000С. Хрупкость в первой зоне есть результат неравномерного распада кристаллов мартенсита по их границам и в объёме, приводящего к объёмно-напряжённого состояния.
Хрупкость во второй зоне, как это видно из кривой ударной вязкости, проявляется только в том случае, в случае если сталь с температуры отпуска охлаждается медленно. При быстром охлаждении ударная вязкость с повышением температуры непрерывно повышается, и хрупкости не наблюдается.
Хрупкость при медленном охлаждении с температуры высокого отпуска возникает вследствие обогащения приграничных зон зёрен фосфором. Характерной особенностью отпускной хрупкости второй зоны является её обратимость. В случае если хрупкую сталь вновь нагреть до температуры 500-6000С и быстро охладить, то сталь станет вязкой.
Введение в сталь небольшого количества молибдена (0,2-0,3%) или вольфрама (0,5-0,7%) значительно уменьшает склонность к отпускной хрупкости во второй зоне.
Легированием стали (различными элементами в разном количестве) и применением соответствующей термической обработки можно получить по сравнению с углеродистой сталью большую вязкость при одинаковой прочности, большую прочность при одинаковой вязкости и даже более высокие и прочность, и вязкость.
Но преимущество легированных сталей по сравнению с углеродистыми заключаются не только в более высоких механических свойствах. Легированием можно изменить и физико-химические свойства стали, получить сталь нержавеющую, кислотостойкую, жаропрочную, немагнитную, магнитную, с особыми тепловыми и электрическими свойствами.
referatwork.ru
Легирующие элементы - сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Легирующие элементы - сталь
Cтраница 1
Легирующие элементы сталей оказывают влияние на склоность к карбидообразованию. Ni, Si, Co облегчают образование карбидов вследствие повышения активности углерода. Mo, W, V, Nb, Mn, напротив, снижают активность углерода. Развитие МКК в сильноокислительных средах ( вторая область потенциалов) часто является результатом наложения нескольких факторов, наиболее существенными из которых являются: избирательное растворение избыточных фаз, неустойчивых в сильноокислительных средах; избирательное растворение обедненных хромом приграничных областей; специфическое действие хромат-ионов, образующихся в результате растворения стали; избирательное растворение приграничных областей, являющихся местами сегрегации примесей. [1]
Легирующие элементы стали определяют эмиссионным спектральным анализом. Отдельные элементы определяют следующими методами. [2]
Легирующие элементы сталей оказывают влияние на склоность к карбидообразованию. Ni, Si, Co облегчают образование карбидов вследствие повышения активности углерода. Mo, W, V, Nb, Mn, напротив, снижают активность углерода. Развитие МКК в сильноокислительных средах ( вторая область потенциалов) часто является результатом наложения нескольких факторов, наиболее существенными из которых являются: избирательное растворение избыточных фаз, неустойчивых в сильноокислительных средах; избирательное растворение обедненных хромом приграничных областей; специфическое действие хромат-ионов, образующихся в результате растворения стали; избирательное растворение приграничных областей, являющихся местами сегрегации примесей. [3]
Легирующие элементы стали, попадая в окалину, скапливаются во внутреннем слое. Концентрация легирующих элементов здесь может оказаться более высокой, чем в самой стали. [4]
Легирующие элементы стали и чугуна ( Мп, Si, Cr, Ni, MoV, W и др.) помимо основного влияния на обрапвание различных структуп оказывают также совместноэ влияние на физико-механическиэ и технологические свойства. [5]
Легирующие элементы сталей оказывают влияние на склоность к карбидообразованию. Ni, Si, Co облегчают образование карбидов вследствие повышения активности углерода. Mo, W, V, Nb, Mn, напротив, снижают активность углерода. Развитие МКК в сильноокислительных средах ( вторая область потенциалов) часто является результатом наложения нескольких факторов, наиболее существенными из которых являются: избирательное растворение избыточных фаз, неустойчивых в сильноокислительных средах; избирательное растворение обедненных хромом приграничных областей; специфическое действие хромат-ионов, образующихся в результате растворения стали; избирательное растворение приграничных областей, являющихся местами сегрегации примесей. [6]
Легирующие элементы стали, попадая в окалину, скапливаются во внутреннем слое. Концентрация легирующих элементов здесь может оказаться более высокой, чем в самой стали. [7]
Легирующие элементы в стали делятся на карбидообразующие Ti, Ne, V, V, Mo, Cr, дающие более прочные карбиды, чем карбиды железа, и графитообразуюшие Si, Al, Ni и Со, не дающие карбидов и понижающие устойчивость карбидов других элементов. В сплаве Fe - С, кроме железа, карбиды образуют элементы периодической системы, стоящие слева от него. Легирующие элементы стали могут находиться в твердом растворе а - или - - железа, в карбидах, интерметаллических соединениях и неметаллических включениях. Суммарное влияние элементов стали на ее свойства складывается из воздействия каждого элемента на свойства той структурной составляющей, в которой он находится. Растворенные в феррите элементы увеличивают его твердость, прочность и электросопротивление и понижают его пластические свойства и ударную вязкость. При контактной сварке приходится учитывать возможность местного изменения концентрации отдельных легирующих элементов, что сопровождается иногда резким повышением микротвердости ферритной составляющей сплава в зоне стыка. [8]
Жидкий натрий часто используют в качестве теплопереда-гощей среды, так как у него высокий коэффициент теплопередачи. Он может работать при атмосферном ( или близком к нему) давлении и в чистом виде не реагирует с железом. Однако использование натрия вызывает значительные трудности. Некоторые легирующие элементы стали могут выщелачиваться натрием, переноситься из одной части контура в другую. В промышленных установках коррозионное действие натрия усиливается в присутствии растворенного в нем кислорода, который воздействует на железо. Быстрое окисление натрия заставляет изолировать его от воздуха и влаги, так как их попадание в контур может привести к аварии. [9]
Сварка труб из хромоникелевых сталей затрудняется выделением при нагревании до 500 - 700 по границам зерен металла карбидов хрома. Сталь теряет свои антикоррозийные свойства и становится хрупкой. Для восстановления этих свойств необходима последующая термическая обработка сварных соединений. Образованию карбидов хрома значительно препятствует введение в сталь титана или ниобия. Поэтому содержащие эти легирующие элементы стали типа 1Х18Н9Т и 1Х18Н11Б после сварки термообработке не подвергаются. Все сварные соединения труб из сталей типа 1Х18Н9 после сварки подвергаются термообработке ( стабилизирующему обжигу) по следующему режиму: нагрев до 850 и последующее охлаждение в воде. При нагревании металла до 850 образовавшиеся карбиды хрома распадаются, а быстрое охлаждение водой предотвращает их образование вновь. Необходимость термообработки стыков труб из сталей, не содержащих титан или ниобий, резко ограничивает их применение. [10]
Страницы: 1
www.ngpedia.ru
