Влияние легирующих элементов на превращения и свойства стали

Лекция 14

Легированные стали

Влияние легирующих элементов на превращения и свойства стали

Легирующими элементами называют элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее строения и свойств. Соответственно стали, содержащие легирующие элементы, называются легированными. При этом, если содержание кремния превышает 0,4 % или марганца 0,8 %, то они также относятся к легирующим элементам.

Концентрация некоторых легирующих элементов может быть очень малой. В количестве до 0,1 % вводят Nb, Ti, а содержание бора обычно не превышает 0,005%. Легирование стали, когда концентрация элемента составляет около 0,1 % и менее, принято называть микролегированием.

Легирование производится с целью изменения механических (прочности, пластичности, вязкости), физических (электропроводности, магнитных характеристик, радиационной стойкости) и химических (коррозионной стойкости в разных средах) свойств.

Необходимый комплекс свойств обычно обеспечивается не только легированием, но и термической обработкой, позволяющей получать наиболее оптимальную структуру металла. Легированные стали дороже углеродистых, и поэтому применять их без термической обработки нерационально.

Основными легирующими элементами являются Сг, Ni, Мn, Si, W, Мо, V, Al, Cu, Ti, Nb, Zr, В. Часто сталь легируют не одним, а несколькими элементами, например Cr и Ni, получая хромоникелевую сталь, Cr и Мn— хромомарганцевую сталь, Cr, Ni, Мо, V — хромоникельмолибденованадиевую сталь.

Легирующие элементы, вступая во взаимодействие с железом и углеродом, могут участвовать в образовании различных фаз в легированных сталях:

• легированного феррита — твердого раствора легирующего элемента в α-Fe;

• легированного аустенита — твердого раствора легирующего элемента в γ-Fe;

• легированного цементита — твердого раствора легирующего элемента в цементите или при увеличении содержания легирующего элемента сверх определенного предела специальных карбидов.

Если проанализировать с помощью двойных диаграмм состояния железо — легирующий элемент, как легирующие элементы влияют на границы области γ-твердого раствора железа (легированного аустенита), то по этому влиянию все легирующие элементы можно разделить на две группы:

1) аустенитообразующие легирующие элементы расширяющие γ-область.

К числу аустенитообразующих легирующих элементов относятся Ni, Мn, Со, Сu, N. При легировании сталей аустенитообразующими элементами в большом количестве может произойти полное «выклинивание» области α-Fe, и в этом случае стали будут иметь аустенитную структуру при комнатной температуре — аустенитные стали (рис. 14.1, а).

Рис.14.1 Диаграмма состояния железо — легирующий элемент:

а — для сплавов, расширяющих область существования γ -фазы; б — для сплавов, расширяющих область существования α -фазы

2) ферритообразующие легирующие элементы, сужающие γ - область и расширяющие область α -твердых растворов.

К числу ферритообразующих легирующих элементов относятся Сr, Si, Al, Mo, V, Ti, W, Nb, Zr. При легировании сталей ферритообразующими элементами в большом количестве может произойти «выклинивание» области γ-Fe, и стали приобретут чисто ферритную структуру — ферритные стали (рис. 14.1, б).

При комбинированном легировании сталей аустенито- и ферритообразующими элементами структура стали будет состоять из аустенита и феррита, а стали будут аустенитно-ферритные.

В большинстве конструкционных сталей феррит при температуре эксплуатации является основной структурной составляющей, занимающей не менее 90 % объема металла. Поэтому от свойств феррита во многом зависят свойства стали в целом. Чем больше разница в атомных размерах железа и легирующего элемента, тем больше искажение кристаллической решетки, тем выше твердость, прочность, но ниже пластичность и особенно вязкость феррита.

Дата добавления: 2015-07-07