Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Влияние легирующих элементов на свойства сталей

15.11.2018

Легированными (или низколегированными) называют стали, содержащие одновременно с углеродом также до 5 % легирующих элементов. Обозначения элементов, применяемых для легирования сталей, приведены в табл. 14.2.

В маркировке легированных сталей первая цифра указывает процентное содержание углерода, увеличенное в 100 раз; далее чередуются буквы и цифры: буква обозначает легирующий элемент, следующая за ней цифра — среднее содержание элемента в процентах. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная, буква III — данная сталь особовысококачественная, выплавляемая с применением электрошлакового переплава.

Легирующие элементы в сталях подразделяют на карбидообразующие (титан, ванадий, хром, молибден, вольфрам) и некарбидообразующие (кремний, никель, марганец, медь).

Основная задача легирования низко- и среднеуглеродистых сталей — увеличение прокаливаемости. Кроме того, легирующие элементы-металлы оказывают влияние на механические свойства матричных составляющих сталей — феррита, аустенита и мартенсита.

Влияние легирующих элементов на феррит. В сталях феррит присутствует как в виде отдельной фазы, так и в составе перлита. Легированность феррита металлами оказывает влияние на свойства сталей в состояниях после отжига (феррит + перлит), нормализации (феррит + сорбит с пластинчатым цементитом), высокого отпуска (сорбит отпуска со сферическим зернистым цементитом). Общее содержание феррита (как отдельной фазы, так и в составе перлита) после отжига может составлять до 88 %.

Некарбидообразующие элементы. Кремний и марганец упрочняют феррит, однако их содержание не должно превышать 2 % (Si) и 1,5 % (Mn) во избежание снижения ударной вязкости и повышения критической температуры хрупкости. Данные элементы не являются дефицитными.

Особо благоприятное влияние на свойства феррита оказывает никель: его атомы, находясь в твердом растворе, уменьшают энергию связи углерода с дислокациями, повышают их подвижность в сплаве, обеспечивая тем самым повышенную пластичность и ударную вязкость сталей. Содержание никеля в легированных сталях может достигать 4 %. Никель является дефицитным элементом.

Карбидообразующие элементы. На свойства феррита эти элементы влияют в соответствии с растворимостью и карбидообразующей способностью.

Титан и ванадий — сильные карбидообразующие элементы, которые практически не растворимы в феррите. При выплавке данные элементы с углеродом образуют карбиды и карбонитриды: TiC, Ti (С, N), VC, V(C, N) (в соединениях используется атмосферный азот). Частицы этих фаз в расплаве играют роль нерастворимых модификаторов, т. е. способствуют образованию мелкого зерна. Содержание ванадия и титана не превышает 0,3 и 0,1 % соответственно.

Менее сильные карбидообразующие элементы — хром, молибден, вольфрам имеют ограниченную растворимость в феррите.

Предельное содержание легирующих элементов в сталях ограничено их влиянием на пластичность, ударную вязкость и критическую температуру хрупкости сплавов. Эти свойства ухудшаются при повышении в сталях хрома более 2 % и молибдена — свыше 0,5 % (рис. 14.1). Содержание вольфрама также не превышает 0,5 %, однако в некоторых сталях, легированных никелем, может достигать 1,2 %.

Главное влияние молибдена и вольфрама на свойства низко- и среднелегированных сталей заключается в устранении склонности сплава к отпускной хрупкости.

Стали могут также содержать ванадий (до 0,3 %) и бор (до 0,005 %).

Хром — самый распространенный легирующий элемент низко-и среднелегированных сталей.

Предельное содержание легирующих элементов в низко- и среднеуглеродистых сталях приведено ниже:

Влияние карбидообразующих легирующих элементов на аустенит и мартенсит. Свойства этих фаз зависят от карбидообразующих элементов следующим образом:

• в аустените карбидообразующие элементы замедляют фазовые превращения по температуре и по времени, т. е. сдвигают начало диффузионного распада с образованием феррито-цементитной смеси к большим выдержкам, вследствие чего уменьшается критическая скорость закалки;

• в мартенсите при отпуске тугоплавкие элементы (Cr, Mo, V, W) повышают начало интенсивного разупрочнения от 200...300 °C до 450...550 °С, что обеспечивает такое свойство, как теплостойкость.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: