- Металлургическое легирование (по-другому - объемное).
- Поверхностное. Оно может быть выполнено несколькими способами: диффузией, ионным "обстрелом" и т.д.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Легирование сталей
Легирование стали - особенности технологического процесса + Видео
Для изготовления некоторых инструментов и ножей применяются специальные стали с добавлением легирующих добавок. Легирование стали осуществляется на металлургических производствах. При этом некоторые добавки позволяют не только улучшить характеристики стали, но и существенно упростить процесс плавки. Технологический процесс легирования довольно сложен, требует особой точности и поэтому практически невозможен в домашних условиях.
1 Описание процесса, цели
Нужно различать легирование стали, которая применяется для изготовления инструментов, и той, которая применяется для изготовления полупроводников. Так, в первом случае требуется повышение именно механических характеристик, а во втором случае требуется повышение токопроводящих свойств. Для этого применяются различные легирующие добавки, а также существенно отличается технологический процесс. Для того, чтобы иметь понятие о процессах, в данном материале будут вкратце рассмотрены основы легирования металлов для различных технических нужд.
Под легированием понимают добавление в состав металла различных примесей (добавок), которые изменяют характеристики и свойства металла. При этом процессы легирования разделяют на:
В зависимости от того, для какой отрасли производят легирование стали, могут применяться различные технологии. Так, на металлургических производствах для легирования стали в расплавленный металл в качестве добавки применяется металл для легирования.
Добавление добавок в расплавленный металл
Рекомендуем ознакомиться
Легирование хромом, молибденом, никелем, ниобием (ниобий применяется редко) и т.д. Такие добавки позволяют существенно улучшить физико-химические свойства материала. Чтобы стальная заготовка обладала определенными свойствами (например, сопротивляемость коррозии, увеличение твердости и уменьшение износа), применяется поверхностное легирование. Технологический процесс легирования может производиться на различных этапах плавки для получения различных характеристик готового проката.
Поверхностное легирование часто применяют для изготовления стекол и керамических изделий. Это гораздо лучше, чем напыление, потому что происходит диффузия легирующей добавки и основного материала.
Главной целью легирования полупроводников является изменение проводимости, а также концентрации носителей в заданном количестве материала, при этом получая необходимые свойства (например, плавность pn-перехода). Для этих целей наиболее часто применяются добавки фосфора или мышьяка, иногда добавляют бор.
На данный момент существует несколько технологических способов легирования. Подробнее о них рассказано в следующем разделе.
2 Различные способы
Первый способ - ионное легирование (ионная имплантация) Такой способ позволит осуществлять контроль приборов с максимальной точностью. Эта технология применяется в основном для легирования полупроводников. Ионное легирование условно можно разделить на 2 этапа: загонка легирующих атомов в материал и активация загнанной в материал добавки. Проконтролировать процесс можно дозировкой (кол-вом добавки), энергей (от нее зависит глубина вхождения добавки), температурой (от нее зависит распределение добавки в материале), а также временем протекания процесса.
Следующим идет нейтронно-трансмутационный процесс легирования. Он тоже применяется для легирования полупроводников. Принципы технологического процесса следующие: добавки не вводятся, а "мутируют" из исходного материала при протекании ядерных реакций, которые вызываются при облучении материала нейтронами. В результате выходит монокристаллический материал, в котором атомы распределены равномерно. Подобный способ впервые был применен на территории СССР в 1980 году. Отечественными учеными была доказана возможность легирования силиция в больших количествах на энергоблоках АЭС, при этом не снижалась выработка электроэнергии и не ухудшались параметры безопасности. С 1988 по 2004 года технология была внедрена почти на всех АЭС России и усовершенствована, что позволило увеличить диаметр слитков Si до 85 мм. На данный момент Россия лидирует в этой технологии.
Другим способом легирования полупроводников является термодиффузионный способ. Он условно разделяется на несколько этапов: осаждение добавки, отжиг (при котором происходит загонка добавки в материал), удаление добавки.
Процесс легирования стали
Электроискровое легирование происходит при обработке готовых изделий из металла при использовании дуговых разрядов, при которых происходит перенос добавки с электрода на поверхность изделия. Часто применяют для форм и других изделий, которые используются в цветной и черной металлургии (в процессе разливки), поскольку обработанные детали и конструкции устойчивы к высокой температуре. Электроискровое легирование применяется только для специальных изделий и механизмов.
А вот в металлургии специальное легирование начало использоваться не так давно - примерно с начала 20 века. Основными причинами этого являются технологические сложности, связанные с процессом и с тем, что частично происходило природное обогащение компонентами (так, используемое метеоритное железо имело в своем составе никель, а на рудниках - свои примеси серы, кремния и т.д.). Некоторые месторождения (например, на юге Японии) имели в составе руды и молибден, поэтому японское оружие считалось очень надежным и прочным. В Европе уделили особое внимание процессу легирования во второй половине 19 века, первый лабораторный образец легированной стали был получен в 1858 году, первая пробная партия получена в 1871-м, однако технологически не подготовленное оборудование не позволяло быстро внедрить эту технологию. Поэтому массово легировать сталь стали только к 1890-м годам.
Отдельно стоит рассказать о технологии взрывного насыщения. Взрывное легирование используется при насыщении углеродистой стали медью. Это один из подвидов ионного способа, основное назначение - защита металлических изделий от коррозии.
3 На что влияют добавки
Первое, что следует выделить - наиболее часто применяемые добавки к стали. Таковыми являются: хром, никель, марганец, молибден, титан, ванадий. Медь легируют кадмием, что существенно увеличивает ее износостойкость. Установка небольшого количества присадок кадмия позволяет повысить прочность, гибкость и износостойкость проводов и кабелей. В титан добавляют молибден, что позволяет существенно повысить температурный диапазон эксплуатации. При этом некоторые металлы могут легировать сразу несколькими добавками.
Легирующие добавки для стали вводят для повышения именно механических характеристик.
4 Расшифровка наименований
Часто возникает необходимость узнать состав металла. Маркировка материала осуществляется при помощи букв и цифр, согласно ГОСТу 4543-71. Первыми идут цифры, показывающие кол-во C в процентах (сотых), затем идут буквы, показывающие добавку. Возможные обозначения: Х - Cr, Н - Ni, К - Co, М - Mo, Т - Ti, В - W, А - N, Б - Nb, Д - Cu, Г - Mn, Р - B, Ю - Al, Ф - V, С - Si. В маркировке за буквой, обозначающей добавку, ставится цифровое обозначение, которое указывает кол-во добавки в %, при этом цифра может округляться согласно правилам округления (т.е. реальное содержание добавки 0,88% будет округлено до 1%). Если кол-во добавки около 1 %, то цифровое обозначение после добавки не ставится совсем. При этом необходимо обратить внимание, что важно расположение буквы в наименовании.
Так, обозначение, содержащее "А", находящееся не в конце наименования стали, является обозначением добавки N как легирующей добавки, в случае, когда она последняя в наименовании, обозначает сталь высокого качества.
Например, распишем сталь 65Х13Н2МА. Установка расшифровки такова: кол-во углерода - 0,65%, 13% хрома, 2% никеля, 1% молибдена, сталь высококачественная.
В заключении стоит отметить, что необходимо четко следить за соотношением компонентов в стали.
tutmet.ru
Легирование - нержавеющая сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Легирование - нержавеющая сталь
Cтраница 1
Легирование нержавеющих сталей благородными металлами в условиях перепассивации не является эффективным и может снизить их коррозионную стойкость. [2]
Легирование нержавеющих сталей молибденом, фосфором, титаном и танталом значительно повышает коррозионную стойкость вследствие замедления катодных реакций и улучшения условий пассивируемое поверхности стали. [3]
Легирование Ni нержавеющих сталей мартенситного класса, содержащих 12 - 14 % Сг, или сталей полуферритного класса с 15 - 17 % Сг в количестве 2 - 4 % существенно улучшает их механические свойства и увеличивает коррозионную стойкость. Они имеют большую пластичность и вязкость, чем хромистые стали. [4]
При легировании нержавеющих сталей молибденом повышается их стойкость в средах, не обладающих окислительными свойствами. [5]
При легировании нержавеющей стали молибденом плотность тока пассивации снижается, по крайней мере, на порядок. [6]
Изучая процессы легирования нержавеющей стали титаном, В. А. Камардин показал, что передача кислорода через слой шлака является лимитирующим звеном процесса окисления титана и алюминия; факторы, увеличивающие скорость массопередачи кислорода через слой шлака ( повышение температуры, концентрации окислов титана, снижение вязкости шлака), увеличивают угар титана и алюминия. [7]
Ниобий обычно используют для легирования нержавеющей стали, из хромистых сталей с ниобием изготовляют котлы высокого давления. [8]
Методы предотвращения Межкристаллитной коррозии заключаются в легировании нержавеющих сталей такими элементами ( например, Ti и Mb), которые стабилизируют карбиды и задерживают их переход в твердый раствор при нагреве стали. Кроме того, применение правильных режимов термической обработки также уменьшает склонность сталей к межкристаллитному разрушению. [9]
Для защиты от точечной коррозии используют электрохимические методы, ингибиторы и рациональное легирование сплава. Легирование нержавеющих сталей хромом, кремнием, молибденом повышает их стойкость к точечной коррозии. При эксплуатации в средах, содержащих большое количество хлоридов, используют титан, который имеет наиболее высокую стойкость к точечной коррозии в этих условиях. [10]
При содержании хрома 30 % и более сплавы Fe-Сг устойчивы к точечной коррозии в растворах хлоридов. Существенное сопротивление точечной коррозии оказывают стали, содержащие более 10 % Ni. Легирование нержавеющей стали, содержащей 18 % Сг и 14 % Ni, молибденом, ванадием и кремнием, повышает, а титаном, ниобием, танталом и церием - понижает сопротивление стали точечной коррозии. Наблюдаемое понижение устойчивости стали связывают с увеличением количества неметаллических включений. [11]
Изотермическое мартен ситное превращение проходило с большей скоростью при - 50 - 80 С. При этом за 2 - 4 ч образуется 50 - 60 % пакетного мартенсита, что достаточно для эффективного упрочнения аустенита за счет у-сс - у превращения. Легирование хро-моникепевых нержавеющих сталей молибденом увеличивает инкубационный период мартенситного превращения и суживает температурный интервал этого превращения. Так, например, аустенит стали ОХ15Н8М2 можно переохладить до - 196 С и мартенситное превращение в этом сплаве ( на 60 %) пойдет только при отогреве образца. В сталях без Мо такое переохлаждение возможно только при предварительной тепловой стабилизации аустенита. [12]
Как было показано исследованиями Н. Д. Томашова и Г. П. Черновой [42], повышение устойчивости сплавов в условиях возможности пассивного состояния может быть осуществлено введением в сплавы дополнительных катодных составляющих. Например, легирование нержавеющих сталей типа 1Х18Н9 присадками платины, палладия или меди в небольших количествах позволило значительно повысить их коррозионную стойкость ло сравнению со сталями без присадок. [13]
Как было показано исследованиями Н. Д. Томашова и Г. П. Черновой [42], повышение устойчивости сплавов в условиях возможности пассивного состояния может быть осуществлено введением в сплавы дополнительных катодных составляющих. Например, легирование нержавеющих сталей типа 1Х18Н9 присадками платины, палладия или меди в небольших количествах позволило значительно повысить их коррозионную стойкость по сравнению со сталями без присадок. [14]
Понижение основности шлака увеличивает скорость передачи кислорода, так как уменьшается вязкость шлака и увеличивается концентрация низших окислов титана в нем. В этом отношении при легировании нержавеющих сталей титаном целесообразно применять известково-глиноземистые шлаки вместо известко-во-флюоритовых. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Легирование - сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Легирование - сталь
Cтраница 3
Легирование стали осуществляют введением ферросплавов или чистых металлов п необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа ( Si, Mn, A1, Сг, V, Ti и др.), вводят в металл после или одновременно с раскислением, в конце плавки, а иногда непосредственно в ковш. [31]
Легирование стали большим количеством марганца сопровождается образованием промежуточных структур с соответствующим ухудшением хладостойко-сти стали. [33]
Легирование стали 1 - 2 % Мо, мало изменяя исходный предел текучести ( 14 - 16 кгс / мм), существенно повышает тгрочностные характеристики фазонаклепанного аустенита. [34]
Легирование стали имеет назначение повысить ее прочность и сопротивляемость окалинообразованию при высокой температуре. В качестве легирующих присадок применяют хром, молибден, никель, ванадий, титан, вольфрам, ниобий, марганец и бор, которые добавляются в сталь в различных комбинациях. Молибден добавляют для повышения жаропрочности - повышения предела прочности и текучести стали при высоких температурах, а также для улучшения других ее свойств. Никель повышает вязкость стали, ее жаропрочность и сопротивляемость старению. Для повышения сопротивляемости ползучести к низколегированной хромомолибденовой стали добавляют ванадий и ниобий. Содержание марганца в стали в пределах 0 3 - 0 8 % определяется технологическими требованиями процесса ее выплавки, а содержание марганца в стали в количестве 0 9 - 1 5 % повышает ее прочность. Легирующие элементы в марках стали обозначают следующими буквами: Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, М - молибден, Н - никель, Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром. [35]
Легирование сталей алюминием и добавки редкоземельных металлов повышают стойкость сталей к сульфидному растрескиванию. [36]
Легирование стали хромом резко повышает ее стойкость к высокотемпературной сероводородной коррозии ( рис. 5.7) за счет об разования стойких поверхностных пленок. Наружный слой этих пленок состоит из FeS и Fe 2, практически не содержит хрома, обладает рыхлым строением и способен отслаиваться. Зато внутренний слой прочно сцеплен с основным металлом, имеет шпи-нельную структуру, состоит из смешанных сульфидов железа и хрома и зачастую содержит более высокий процент хрома, чем основной металл. [37]
Легирование стали высоким процентом хрома ( переход к хромистым сталям) является совершенным методом защиты в условиях, обеспечивающих устойчивое состояние пассивности ( анодный контроль), но бесполезно при работе конструкции в неокислительной кислоте ( НС1, H SO4), где протекает коррозия с катодным контролем. [38]
Легирование сталей, содержащих Р и Sb, никелем действительно, как было отмечено выше, приводит к значительному усилению зернограничной сегрегации фосфора и сурьмы. [39]
Легирование стали специальными элементами значительно повышает механические, технологические и другие свойства стали. [40]
Легирование стали медью в небольших количествах ( 0 3 - 0 8 %) несколько повышает коррозионную и коррозионно-механическую ее стойкость. При этом медь находится в стали в виде твердого раствора; в процессе коррозионного растворения материала ионы меди из электролита способны выделяться на поверхности металла. Выделившаяся на поверхности стали медь, являющаяся эффективным катодом, способствует пассивированию стальной поверхности. [41]
Легирование сталей молибденом и хромом повышает устойчивость цементита против сфероидизации, но не устраняет этого явления полностью. [43]
Легирование стали специальными элементами значительно повышает механические, технологические и другие свойства стали. [44]
Легирование сталей молибденом в количестве 2 - 3 % увеличивает способность к созданию более устойчивого пассивного состояния. [45]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
