Марганец повышает прочность и твердость стали, увеличивает прокаливаемость, уменьшает коробление при закалке, повышает режущие свойства стали, но вместе, с тем способствует росту зерна при нагреве, чем снижает стойкость стали к ударным нагрузкам.
Хром затрудняет рост зерна при нагреве, повышает механические свойства стали при статической и ударной нагрузке, повышает прокаливаемость и жаростойкость, режущие свойства и стойкость на истирание. При значительных количествах хрома сталь становится нержавеющей и жаростойкой.
Кремний значительно повышает упругие свойства стали, но несколько снижает ударную вязкость.
Никель повышает упругие свойства стали, не снижая вязкости, противодействует росту зерна, улучшает прокаливаемость и механические свойства стали. При значительных количествах никеля сталь становится немагнитной, коррозионностойкой и жаропрочной.
Молибден противодействует росту зерна, повышает твердость и режущие свойства стали вследствие образования карбидов, уменьшает склонность стали к хрупкости при отпуске, повышает жаростойкость стали.
Кобальт повышает прочность стали при ударных нагрузках, улучшает жаропрочность и магнитные свойства стали.
Вольфрам, так же как и молибден, повышает твердость и режущие свойства стали, уменьшает рост зерен при нагреве, повышает жаростойкость.
Ванадий способствует раскислению стали, противодействует росту зерна, повышает твердость и режущие свойства стали.
Титан является раскислителем стали, способствуя также удалению из нее азота, благодаря чему сталь получается более плотной, однородной и жаропрочной.
- 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%
- 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.
- Металлы и химические элементы, наличие которых сужает γ-область, зато повышает прочность стали. К ним относят хром, вольфрам. ванадий, молибден, титан.
- 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.
- Модификация AD атрибутов >>
- Бор — 0.003%. Увеличивает прокаливаемость, а такхе повышает порог хладоломкости (+20…-60 oС.
- Марганец – увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна, и повышает порог хладоломкости до (+40…-60)oС.
- Титан (см. Титан и его сплавы) (~0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.
- Введение молибдена (0,15…0,46%) в хромистые стали увеличивает прокаливаемость, снижает порог хладоломкости до –20…-120oС. Молибден увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.
- Ванадий в количестве (0.1…0.3) % в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.
- Введение в хромистые стали никеля, значительно повышает прочность и прокаливаемость, понижает порог хладоломкости, но при этом повышает склонность к отпускной хрупкости (этот недостаток компенсируется введением в сталь молибдена). Хромоникелевые стали, обладают наилучшим комплексом свойств. Однако никель является дефицитным, и применение таких сталей ограничено.Значительное количество никеля можно заменить медью, это не приводит к снижению вязкости.
Легирующие элементы в конструкционных сталях. Для чего вводят в сталь легирующие элементы
Сталь — легирующие элементы
Влияние легирующих элементов.Присутствие в стали легирующих элементов улучшает ее свойства.
Легированная сталь имеет высокую прочность и вязкость.
Некоторые легирующие элементы, например никель, кремний, кобальт, медь, не образуют с углеродом химических соединений — карбидов — и в основном распределяются в феррите.
Другие же элементы — вольфрам, хром, ванадий, марганец, молибден, титан и др. — образуют с углеродом карбиды.
Наличие карбидов в легированной стали способствует повышению ее твердости и прочности, а в инструментальной стали — и режущих свойств.
Легирующие элементы не только улучшают механические свойства стали (главным образом в термически обработанном состоянии), но в значительной степени изменяют ее физические и химические свойства. Влияние отдельных легирующих элементов на свойства стали сводится в основном к следующему:
Наиболее эффективно повышение свойств стали под влиянием легирующих элементов наблюдается в термически обработанном состоянии. Поэтому в огромном большинстве случаев детали из легированных сталей применяют после закалки и отпуска.
Максимальное значение механических свойств достигается одновременным присутствием в стали двух или более легирующих элементов.
Таким образом, в машиностроении наряду с хромистыми, марганцовистыми, кремнистыми и другими сталями широко применяются и более сложные — хромоникелевые, хромокремнемарганцовистые, хромовольфрамовые и другие стали.
Почти все легирующие элементы понижают значение критических точек при охлаждении и уменьшают критическую скорость закалки стали.
Практически это значит, что легированные стали, содержащие эти элементы, следует охлаждать при закалке не в воде, как это необходимо для углеродистых сталей, а в масле.
Таким образом, легированная сталь удовлетворяет самым разнообразным требованиям машиностроительной промышленности и во многих случаях заменяет более дорогие цветные металлы и сплавы.
Применение легированной стали непрерывно расширяется в связи с усовершенствованием конструкций машин и приборов.
§
www.conatem.ru
Легирование металлов
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.
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:
— 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.
В связи с этим, легирующие сталь металлы подразделяются на две группы:
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:
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
Легирующие элементы в стали
Легированные стали — это углеродистые стали, содержащие менее 1% углерода, однако с добавками других металлов в количествах достаточных, чтобы существенио изменить свойства стали. Наиболее важные легирующие элементы
Алюминий Вплоть до 1% алюминия в легированных сталях позволяет им, в процессе азотирования образовать более твердый, износоустойчивый наружный слой.
Хром. Присутствие небольшого количества хрома стабилизирует структуру твердых карбидов. Это улучшает отклик стали на термообработку. Присутствие большого количества хрома улучшает коррозионную стойкость и термостойкость стали (например, нержавеющая сталь). К сожалению, присутствие хрома в стали приводит к росту зернистости (см. никель).
Кобальт. Кобальт повышает критическую скорость закалки стали при tермобработке. Это позволяет инструментальным сталям работать при высоких температурах без разупрочнения (смягчающего отпуска). Кобальт — важный легирующий элемент в некоторых быстрорежущих (инструментальных) сталях
Медь. Вплоть до 0,5 % содержания меди улучшает коррозионную стойкость легированных сталей.
Свинец. Присутствие вплоть до 0,2 % свинца улучшает обрабатываемость сталей, однако за счет уменьшения прочности и вязкости.
Марганец. Этот легирующий элемент всегда присутствует в сталях до максимального содержания 1,5 % для нейтрализации вредного влияния примесей, остающихся после процессов её удаления. Он также способствует формированию устойчивых карбидов в подвергающихся закалке сталях. В больши количествах (вплоть до 12,5 %) марганец улучшает износоустойчивость сталей самопроизвольно формируя твердый наружный слой под воздействием истирания (самозакалка).
Молибден. Этот легирующий элемент поднимает сопротивление ползучести сталей при высоких температурах; стабилизирует в них карбиды; улучшает характеристики режущих инструментов при высоких температурах и уменьшает восприимчивость хромоникелевых сталей к «отпускной хрупкости».
Никель. Присутствие никеля в легированных сталях способствует увеличению прочности и улучшению структуры. Он также улучшает коррознонную стойкость стали. К сожалению, никель имеет склонность разупрочнять сталь графитизируя любые присутсвующие карбиды. Так как никель и хром обладают противоположными свойствами, их часто используют в сочетании (хромо-никелевые стали). Их преимущества дополняют друг друга, в то время как их нежелательные воздействия взаимно уравновешиваются.
Фосфор. Это остаточный элемент после процессов удаления. Он может стать причиной непрочности стали, и обычно стремятся уменьшить его присутствие до уровня ниже 0,05 %. Тем не менее фосфор способен улучшить обрабатываемость, действуя как внутренняя смазка. В больших количествах он также улучшает текучесть литых сталей и чугуна.
Кремний. Присутствие кремния вплоть до 0,3 % улучшает текучесть литых сталей и чугунов, причем в отличие от фосфора без снижения прочности. Вплоть до 1% кремния улучшает термостойкость сталей. К сожалению, как и никель, фосфор — сильный графитизирующий элемент, и его никогда не добавляют в больших количествах в высокоуглеродистые стали. Кремний используется для улучшения магнитных свойств магнитно-мягких материалов, тех, которые используются для пластин трансформаторов и штампованных листов для изготовления статоров и роторов электромотора.
Сера. Сера также является остаточным элементом после процессов удаления. Ее присутствие сильно ослабляет сталь, и используются все возможности для ее удаления; кроме того, марганец всегда присутствует в сталях, чтобы сводить к нулю влияние остаточной серы. Однако сера иногда преднамеренно добавляется в низкоуглеродистые стали для улучшения их обрабатываемости, в тех случаях, когда допустимо уменьшение прочности компоненты (сульфидированные легкообрабатываемые (автоматные) стали).
Вольфрам. Присутствие вольфрама в легированных сталях способствует формированию очень твердых карбидов и, так же как и присутствие кобальта, повышает критическую скорость закалки стали при термообработке. Это позволяет вольфрамовым сталям (быстрорежущим сталям) сохранять свою твердость при высоких температурах. Вольфрамовые сплавы составляют основу высокопроизводительных инструментов и штамповой стали.
Ванадий. Этот элемент усиливает влияние других присутствующих легирующих элементов и сам оказывает на легированные стали множество самых разнообразных воздействий:
1. Его присутствие способствует формированию твердых карбидов.
2. Он стабилизирует мартенсит в закаленных сталях и таким образом улучшает прокаливаемость и увеличивает предельное критическое сечение стали.
3. Он уменьшает рост зернистости при термообработке и процессах горячей обработки.
4. Он увеличивает «твердость при высоких температурах» инструментальных сталей и игтамповой стали.
5. Он улучшает усталостную прочность сталей
www.abakbot.ru
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. Легирующие элементы стали. Влияние легирующих элементов. Назначение легирующих элементов. Хромансиль.
Легирующие элементы – химические элементы, специально вводимые в сталь для получения заданных свойств. Улучшают механические, физические и химические свойства основного материала.
Маркировка сталей. Маркировка углеродистых сталей. Маркировка легированных сталей. Маркировка инструментальных сталей.Легированные стали. Классификация легированных сталей. Классификация легированных сталей по микроструктуре. Маркировка легированных сталей.
Основным легирующим элементом является хром (0,8…1,2)%. Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей — (0…-100)oС.
Влияние углерода на сталь. Влияние углерода на свойства стали.Влияние примесей на свойства. Влияние примесей на свойства сталей. Красноломкость. Флокены.
Дополнительные легирующие элементы:
При легировании хромомарганцевых сталей кремнием получают, стали – хромансиль (20ХГС, 30ХГСА). Стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости, хорошо свариваются, штампуются и обрабатываются резанием.Кремний повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.
Добавка свинца, кальция – улучшает обрабатываемость резанием. Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.
Усталостная прочность. Предел выносливости. Живучесть материалов.Ударная вязкость. Определение ударной вязкости. Испытания на ударную вязкость.
Распределение легирующих элементов в стали.
Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов ( феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды. Растворение легирующих элементов в Feα происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти атомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода. Изменение размеров решетки вызывает изменение свойств феррита – прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а также кремний и марганец в определенных количествах, снижают вязкость.
Компоненты железоуглеродистых сплавов. Фазы железоуглеродистых сплавов.
В сталях карбиды образуются металлами, расположенными в таблице Менделеева левее железа (хром, ванадий, титан), которые имеют менее достроенную d – электронную полосу.
В процессе карбидообразования углерод отдает свои валентные электроны на заполнение d – электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обуславливающую металлические свойства карбидов.
При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe3C, Mn3C, Cr23C6, Cr7C3, Fe3W3C – которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.
При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 образуются фазы внедрения: Mo2C, WC, VC, TiC, TaC, W2C – которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.
Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.
www.mtomd.info
Легирующие элементы - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Легирующие элементы
Cтраница 2
Легирующие элементы ( кремний и карбидообразующие) затрудняют диффузию углерода и тормозят распад мартенсита. Поэтому в легированных сталях мартенсит сохраняется до более высоких температур, чем в углеродистых. [16]
Легирующие элементы оказывают индивидуальное влияние на свойства железоуглеродистого феррита. Но все они, как правило, повышают его твердость, предел прочности и текучести, начальный коэффициент упрочнения и уменьшают ударную вязкость. Повышение прочности отожженного и нормализованного феррита при этом не сопровождается обычно падением относительного удлинения и сужения. Например, кремний и кислород повышают критическую температуру хрупкости, а хром, марганец, алюминий и медь при их содержании в несколько процентов ее понижают. Особенно сильно снижает температуру хладноломкости никель. Склонность феррита к хрупкому разрушению в основном определяет это свойство и у стали. [17]
Легирующие элементы оказывают разнообразное влияние на свойства стали. Хром повышает твердость, коррозионную стойкость; никель - прочность, пластичность, коррозионную стойкость; вольфрам - твердость и красностойкость; ванадий - плотность, прочность, сопротивление удару, истиранию; кобальт - жаропрочность, магнитопрони-цаемость; молибден - красностойкость, прочность, сопротивление окислению при высоких температурах; марганец при содержании выше 1 % - твердость, износостойкость, сопротивление разрушению при ударных нагрузках; титан - прочность, сопротивление коррозии; алюминий - окалиностойкость; ниобий - кислотостойкость; медь уменьшает коррозию. В сталь вводят также бор, селен, цирконий. [18]
Легирующие элементы, растворяясь в железе, искажают и нарушают симметрию его кристаллической решетки и строение внешних электронных оболочек, что упрочняет феррит. Значительно большее упрочнение стали достигается при введении карбидообразующих легирующих элементов, которые образуют сложные карбиды, что меняет содержание и количество карбидной фазы. [19]
Легирующие элементы, содержащиеся в проволоке условно, обозначены буквами: Ю - алюминий, А - азот, Р - бор, Ф - ванадий, В - вольфрам, С - кремний, К - кобальт, Г - марганец, Н - никель, Д - медь, Т - титан, X - хром, Ц - цирконий. [20]
Легирующие элементы, растворяясь в цементите, повышают его стойкость и температуру диссоциации, а также изменяют скорость его роста и коагуляции. Последнее зависит от растворенного в нем элемента. Так, хром, молибден, ванадий сильно тормозят рост и коагуляцию частиц легированного цементита; кремний и марганец действуют на него слабее, а никель и кобальт могут ускорять этот процесс. [21]
Легирующие элементы с большим сродством к кислороду, чем у железа ( алюминий, кремний, фосфор), образовывали промежуточный окисный слой и ослабляли силу сцепления окислов железа. Элементы же с меньшим сродством к кислороду ( медь, сера) осаждались между металлом и окалиной ( соответственно в виде меди н сульфида железа FeS), но за счет их пластичности напряжения в окисле ослабевали, а сила сцепления с основой соответственно возрастала. Для всех исследовавшихся сплавов на кривой зависимости силы сцепления с основой от температуры существовал один максимум, приходившийся для сплавов с ОД) 17 % А1, 0 1 % А1, 0 05 % Р, 0 33 % Си, или с 0 07 % S на 850 С, а для сплава с 0 09 % Si на 950 С. Окалина была во всех случаях плотной и казалась несодержащей пор, причем сцепление ее с основой явно обеспечивалось пластическим течением. Метод Петерса и Энгелла применим, разумеется, только в тех случаях, когда сила сцепления частиц окалины между собой превосходит силу сцепления окалины с основой. [22]
Легирующие элементы, растворяясь в у-железе, повышают прочность аустенита при нормальной и высоких температурах и оказывают большое влияние на его физико-химические свойства. Для аустенита характерны низкий предел текучести при сравнительно высоком пределе прочности. Аустенит паромагнитен, обладает высоким электросопротивлением и большим коэффициентом теплового расширения. По сравнению с ферритом аустенит труднее обрабатывается резанием и давлением и хуже сваривается. [24]
Легирующие элементы, добавляемые к железу, увеличивают или уменьшают глубину хромированного слоя в основном соответственно их влиянию на положение границ области аустенита в двойной системе железо - легирующий элемент. [25]
Легирующие элементы, повышая устойчивость аустенита, резко снижают критическую скорость закалки. Например, при введении 1 % хрома в сталь, содержащею 1 % С, критическая скорость закалки уменьшается в 2 раза, а при введении 0 4 % молибдена снижается критическая скорость закалки от 200 до 50 град / сек. Сильно снижает критическую скорость закалки марганец; в меньшей степени снижает вольфрам и никель. Начальные присадки кремния снижают также критическую скорость закалки, но при содержании его более 1 5 - 2 % критическая скорость повышается. Для многих легированных сталей критическая скорость снижается до 20 - 30 град / сек и ниже. Кобальт понижает устойчивость аустенита и повышает критическую скорость закалки. [26]
Легирующие элементы, присутствующие в стали, оказывают большое влияние на качество цементуемого слоя, механизм его образования и скорость диффузии. [28]
Легирующие элементы, повышая твердость, одновременно уменьшают, при прочих равных условиях, толщину слоя. [30]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Назначение и распределение легирующих элементов в стали
Легирование — введение в состав металлических сплавов легирующих элементов для придания сплавам определённых физических, химических или механических свойств.
Назначение легирующих элементов.
Основным легирующим элементом является хром (0,8…1,2)%. Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей - (0…-100)°C.
Дополнительные легирующие элементы.
Бор – 0.003%. Увеличивает прокаливаемость, а также повышает порог хладоломкости (+20…-60 )°C.
Марганец – увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна, и повышает порог хладоломкости до (+40…-60)°C.
Титан (~0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.
Введение молибдена (0,15…0,46%) в хромистые стали увеличивает прокаливаемость, снихает порог хладоломкости до –20…-120°C. Молибден увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.
Ванадий в количестве (0.1…0.3)% в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.
Значительное количество никеля можно заменить медью, это не приводит к снижению вязкости.
Стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости, хорошо свариваются, штампуются и обрабатываются резанием.
Кремний повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.
Добавка свинца, кальция – улучшает обрабатываемость резанием.
Распределение легирующих элементов в стали.
Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.
Растворение легирующих элементов в происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти атомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.
Изменение размеров решетки вызывает изменение свойств феррита – прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а также кремний и марганец в определенных количествах, снижают вязкость.
В сталях карбиды образуются металлами, расположенными в таблице Менделеева левее железа (хром, ванадий, титан), которые имеют менее достроенную d – электронную полосу.
В процессе карбидообразования углерод отдает свои валентные электроны на заполнение d – электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обуславливающую металлические свойства карбидов.
При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: – которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.
При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 образуются фазы внедрения: – которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.
Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.
malishev.info
