Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей

1. Влияние легирующих компонентов на превращения, структуру, свойства сталей

1. Влияние легирующих компонентов на превращения, структуру, свойства сталей

Легирующие компоненты или элементы, вводимые в стали в зависимости от их взаимодействия с углеродом, находящемся в железоуглеродистых сплавах, подразделяют на карбидо—образующие и некарбидообразующие. К первым относятся все элементы, расположенные в периодической системе элементов левее железа, – марганец, хром, молибден и т. д. Правее железа располагаются элементы, не образующие карбидов, – кобальт, никель и т. д.

Первые, как и вторые, легирующие элементы растворяются в ?– или ? —железе, однако содержание карбидообразую—щих элементов в этих фазах железа меньше, чем вводимое в сталь, так как определенное их количество связывается с углеродом. При этом растворение легирующих элементов в ?– и ? —фазах ведет к изменению периода кристаллической решетки. Элементы с большим атомным радиусом увеличивают его (W, Mo и др.), а с меньшим (Si) – уменьшают.

При близости атомных размеров (Mn, Ni, Cr) периоды кристаллической решетки изменяются слабо. Как показывают исследования, прочность феррита изменяется пропорционально периоду его решетки. Карбиды в легированных сталях являются твердыми растворами на основе того или иного соединения: Fe 3 C, Fe 3 Mo 3 C, Fe 3 W 3 C и т. д.

В легированных сталях выделяются две группы карбидов: группа I – M 3 C, M 23 C 6, M 7 C 3 и M 6 C и группа II – MC, M 2 C (M – легирующий компонент – элемент). Карбиды I группы имеют сложную кристаллическую решетку и при соответствующем нагреве достаточно хорошо растворимы в аустени—те. Карбиды II группы имеют простую кристаллическую решетку, но растворяются в аустените лишь частично и при очень высокой температуре.

Некарбидообразующие элементы (легированные) содержатся в легированных сталях в виде твердого раствора в феррите. Карбидообразующие легированные элементы могут находиться в различных структурных состояниях: они могут быть растворены в феррите или цементите (FeCr) 3 C или существовать в виде самостоятельных структурных составляющих – специальных карбидов: WC, MoC и др. Местоположение карбидообразующих элементов в структуре стали зависит от количества введенных легирующих элементов и содержания углерода. Легирующие элементы, растворенные в феррите, искажают его кристаллическую решетку; уменьшают теплопроводность и электропроводность стали. Карбиды легирующих элементов отличаются весьма высокой твердостью (70–75 HRC) и износостойкостью, но обладают значительной хрупкостью. Они играют очень важную роль в производстве инструментальных сталей.

Как показали исследования, конкретному сечению стали должно соответствовать определенное количество легирующих элементов, иначе ухудшаются такие ее технологические свойства, как обработка резанием, свариваемость и др. Например, если содержание хрома или марганца превышает 1 %, увеличивается порог хладноломкости стали (порог хладноломкости, или критическая температура хрупкости, – это температура перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому, и наоборот).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Влияние легирующих элементов на свойства стали

кремний. Благодаря этому представляется возможным получить достаточно высокую вязкость отпущенного мартенсита при отсутствии в его составе никеля или меди. Хромокремнистые и хромомарганцевокремнистые стали описанных выше составов по своей вязкости и температурному запасу вязкости приближаются к хромоникельмолибденовым и хромомедистомолибденовым сталям со средним содержанием в них никеля или меди (1,5— 1,7%).

4. Влияние легирующих элементов на механические свойства стали в термически улучшенном состоянии

Влияние легирующих элементов на механические свойства улучшенной стали, имеющей структуру сорбита, проявляется в следующих направлениях:

1. Присутствующие в твердом растворе легирующие элементы изменяют механические свойства феррита. Между тем, феррит является основой сорбита и, следовательно, играет решающую роль в формировании свойств термически улучшенной стали.

2. Содержащиеся в стали карбидообразующие элементы определяют течение процессов карбидообразования при высоком отпуске как в отношении температурных границ их развития, степени дисперсности образующихся фаз, в связи с температурой отпуска, так и в отношении распределения легирующих элементов между карбидами и а-железом. В то же время степень дисперсности карбидной фазы, как и характер распределения элементов между отдельными составляющими сорбита, оказывает решающее влияние на механические свойства улучшенной стали.

3. Легирующие элементы замедляют процессы возврата и рекристаллизации а-фазы при высоком отпуске, смещая температурные границы их течения в сторону более высоких температур, и оказывают влияние на величину рекристаллизирующегося в процессе высокого отпуска зерна ферритной основы сорбита.

4. Большинство легирующих элементов заметно повышает восприимчивость стали к отпускной хрупкости. У сталей, сильно подверженных отпускной хрупкости, это свойство, вероятно, не устраняется полностью даже путем охлаждения изделий после высокого отпуска в воде. Очевидно, что это влечет за собой снижение запаса вязкости улучшенной стали.

Легирование определяет также возможность достижения высоких механических свойств у термически улучшаемой стали, в крупных сечениях изделий. Действительно, путем легирования можно обеспечивать получение при закалке структуры мартенсита или мартенсита с некоторым количеством игольчатого троостита в любых заданных сечениях. Достижение такой структу

ры в сколь-либо значительных сечениях в случае применения нелегированной стали практически исключено, поскольку обычная углеродистая сталь характеризуется высокими значениями критической скорости закалки. Между тем, получаемая в результате закалки структура оказывает громадное влияние на свойства стали после высокого отпуска; только при наличии исходной структуры мартенсита или мартенсита с небольшим количеством игольчатого троостита достигаются удовлетворительные механические свойства в высокоотпущенном состоянии (глава VI).

В зависимости от состава и условий термической обработки (в частности, температуры отпуска) механические свойства стали могут изменяться в широком диапазоне значений. В нашу задачу, однако, не входит описание всех возможных вариантов свойств улучшенной стали в связи с ее составом и температурами отпуска. Эти данные можно найти в справочниках. Мы ограничиваемся лишь рассмотрением особенностей влияния легирующих элементов на механические свойства термически улучшенных сталей первоначально при индивидуальном, а затем при комплексном их легировании. Действие легирующих элементов рационально наблюдать только в тех случаях, когда достигается удовлетворительная прокаливаемость стали в заданных сечениях и за счет быстрого охлаждения после высокого отпуска устраняется или резко ослабляется отпускная хрупкость. Все дальнейшие выводы будут относиться только к указанным случаям.

Кремний. Влияние кремния на механические свойства стали после закалки в воде и последующего высокого отпуска показано в табл. 67

Легирование стали кремнием сопровождается повышением показателей прочности при одновременном незначительном снижении относительного сжатия и сохранении относительного удлинения примерно на одном и том же уровне. Ударная вязкость при содержании в стали кремния 1,5% и более резко снижается.

Читать еще:  Кровельные материалы из тонколистовой стали с полимерными покрытиями

Общий характер действия кремния на механические свойства улучшенной стали имеет некоторые черты сходства с влиянием его на свойства феррита. Действительно, и в том и другом случае под влиянием кремния возрастает прочность и снижается вязкость металла. Такое явление вполне закономерно, поскольку кремний, как элемент, не образующий карбидов, главным образом воздействует на ферритную основу сорбита улучшенной стали. К этому следует добавить, что кремний сильно замедляет процесс укрупнения карбидов при отпуске и потому увеличивает устойчивость стали против отпуска, способствуя достижению при одинаковой температуре отпуска более высоких показателей прочности. Совокупность действия кремния в указанных направлениях приводит к тому, что у отпущенной при одинаковой температуре нагрева стали с повышением содержания кремния возрастает прочность, но снижается вязкость.

Однако, поскольку при одинаковом отпуске с увеличением содержания в стали кремния прочность непрерывно возрастает, затруднительно по таким данным выявить истинное действие кремния на ударную вязкость, так как эффект влияния элемента «вуалируется» одновременным изменением прочности. Более показательным для оценки действия элементов на ударную вязкость следует считать испытания стали с эквивалентным содержанием углерода при одинаковой твердости образцов. На рис. 189 по данным автора показано влияние кремния на ударную вязкость образцов стали с 0,26—0,28% С, имеющих твердость 228—217 Н при различных температурах испытания. Одинаковая твердость образцов с различным содержанием кремния была достигнута за счет изменения температур отпуска. Нелегированная сталь отпускалась при 560°, сталь с 1,48% Si — при 590° и сталь с 2,93% Si —при 660°.

Из рисунка видно, что при одинаковой твердости присутствие в улучшенной стали кремния в количестве 1,48% вызывает небольшое повышение температурного запаса вязкости; увеличение количества кремния до 2,93% сопровождается резким понижением вязкости при всех температурах испытания.

Следовательно, влияние кремния на ударную вязкость и температурный запас вязкости не является однозначным; при среднем содержании этого элемента (примерно 1,5%) его действие может оцениваться скорее как положительное; при высоком содержании (3,0%) — как явно отрицательное.

На рис. 190 сравниваются свойства нелегированной стали с 0,41% С со свойствами стали, содержащей 0,41% С и 1,43% Si, при различных температурах отпуска. Образцы сечением 70 X 70 мм закаливались в масле, потому следует предположить, что в условиях опыта не была достигнута закалка на мартенсит. Последнее, впрочем, подтверждается также низкими показателями прочности стали в отпущенном при

300° состоянии. Тем не менее и в этом случае общий характер влияния кремния на свойства улучшенной стали сохраняется тот же, что был отмечен выше. После отпуска кремнистой и нелегированной стали при одинаковых температурах, расположенных выше 550°, нелегированная сталь обладает несколько более высокой ударной вязкостью и одновременно пониженной прочностью. Если сравнивать ударную вязкость стали при одной и той же ее прочности, то можно констатировать некоторые преимущества кремнистой стали и в этом случае. Действительно, сталь с 1,43% Si, отпущенная при 700°, имеет предел прочности, равный 75 кг/мм 2 ; углеродистая сталь такое значение предела

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.02.19 Обновлено: 2020.03.04

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Расшифровка марок сталей. Влияние легирующих элементов.

Расшифровка марок сталей не очень сложное дело, если знать какими буквами принято обозначать те или иные химические элементы, входящие в состав марки или сплава.

Приводим список легирующих элементов и их обозначение:

Х — обозначается хром,

Ч — показывает о наличии редкоземельных металлов

Также существуют свои обозначения для разных типов сталей в зависимости от их состава и предназначения.

Буквенные обозначения применяются также для указания способа раскисления стали:

КП — кипящая сталь

ПС — полуспокойная сталь

СП — спокойная сталь

Конструкционные стали обыкновенного качества нелегированные обозначают буквами Ст. (например, Ст.3; Ст.3кп)

Цифра, стоящая после букв, условно обозначает процентное содержание углерода в стали (в десятых долях), индекс кп указывает на то, что сталь относится к кипящей, т.е. неполностью раскисленная в печи и содержащая незначительное количество закиси железа, что обусловливает продолжение кипения стали в изложнице. Отсутствие индекса означает, что сталь спокойная.

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИМЕСИ

К легирующим элементам относят: хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, а также марганец и кремний при определенном их содержании.

Хром (Х) в низкоуглеродистых сталях содержится до 0,3 %, в конструкционных 0,7 —3,5%, в хромистых 12—18%, в хромоникелевых 9 — 35 %. При сварке хром образует карбиды хрома, ухудшающие коррозионную стойкость стали и резко повышающие твердость в зонах термического влияния; содействует образованию тугоплавких окислов, затрудняющих процесс сварки.

Никель (Н) в низкоуглеродистых сталях имеется в пределах 0,2 — 0,3%, в конструкционных 1-5%, в легированных 8 — 35%. В некоторых сплавах содержание никеля достигает 85 %. Никель увеличивает пластические и прочностные свойства стали, измельчает зерна, не ухудшая свариваемости.

Молибден (М) в стали ограничивается 0,15—0,8%. Он увеличивает несущую способность стали при ударных нагрузках и , высоких температурах, измельчает зерно; способствует образованию трещин в наплавленном металле и в зонах термического влияния; при сварке активно окисляется и выгорает.

Ванадий (Ф) в специальных сталях содержится в пределах 0,2 —0,8%, в штамповых сталях 1 — 1,5%. Он способствует закаливаемости стали, чем затрудняет сварку. В процессе сварки активно окисляется и выгорает.

Вольфрам (В) в инструментальных и штамповых сталях содержится в пределах 0,8—18%. Вольфрам резко увеличивает твердость стали и ее работоспособность при высоких температурах (красностойкость), но затрудняет процесс сварки, так как сильно окисляется.

Титан (Т) вводят в коррозионно-стойкие и жаропрочные стали для повышения коррозионных свойств (0,5—1,0%).

Ниобий (Б) вводят в коррозионно-стойкие и жаропрочные стали для повышения коррозионных свойств (0,5—1,0%). При сварке коррозионно-стойких сталей типа 12Х18Н9 ниобий способствует образованию горячих трещин.

Углерод — одна из наиболее важных примесей, определяющих прочность, вязкость, закаливаемость и особенно свариваемость стали. Содержание углерода в обычных конструкционных сталях в пределах до 0,25 % не ухудшает свариваемости. При более высоком содержании свариваемость стали резко ухудшается, так как в зонах термического влияния образуются структуры закалки, приводящие к трещинам. Повышенное содержание углерода в присадочном материале вызывает при сварке пористость металла шва.

Марганец (Г) содержится в стали в пределах 0,3 — 0,8 %. Процесс сварки он не затрудняет. При сварке среднемарганцовистых сталей (1,8—2,5% Мп) возникает опасность появления трещин в связи с тем, что марганец способствует увеличению закаливаемости стали. В сталях типа Г13Л с содержанием марганца в пределах 11 — 16% при сварке происходит интенсивное выгорание марганца, для предотвращения которого требуются специальные меры.

Читать еще:  Какую проводку лучше использовать – медную или алюминиевую

Кремний (С) находится в стали в пределах 0,02 — 0,3%. Он не вызывает затруднений при сварке. В специальных сталях при содержании кремния 0,8—1,5% условия сварки ухудшаются из-за высокой жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких окислов кремния.

Влияние химических элементов на свойства стали.

Каталог
Наша группа

Влияние хим. элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

хром ( Cr ) — Х
никель ( Ni ) — Н
молибден ( Mo ) — М
титан ( Ti ) — Т
медь ( Cu ) — Д
ванадий ( V ) — Ф
вольфрам ( W ) — В
азот ( N ) — А
алюминий ( Аl ) — Ю
бериллий ( Be ) — Л
бор ( B ) — Р
висмут ( Вi ) — Ви
галлий ( Ga ) — Гл
иридий ( Ir ) — И
кадмий ( Cd ) — Кд
кобальт ( Co ) — К
кремний ( Si ) — C
магний ( Mg ) — Ш
марганец ( Mn ) — Г
свинец ( Pb ) — АС
ниобий ( Nb) — Б
селен ( Se ) — Е
углерод ( C ) — У
фосфор ( P ) — П
цирконий ( Zr ) — Ц

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Влияние легирующих элементов на свойства стали

нормализации достигается только в тех случаях, когда в составе стали содержатся элементы, сильно замедляющие процессы превращения переохлажденного аустенита.

На рис. 174 показано влияние никеля, хрома и марганца на механические свойства стали, охлажденной на воздухе после прокатки на заготовки сечением 12,7—19,0 мм. Из рисунка видно,

что значительное упрочнение достигается при легировании стали марганцем и хромом, особенно если содержание их превосходит 1,0%. Индивидуальное легирование стали кремнием, алюминием, ванадием и молибденом в пределах, реально применяемых на практике, не сопровождается существенным изменением свойств нормализованной стали. Объясняется это тем, что кремний и алюминий, как молибден и ванадий, в тех количествах, в которых они реально используются для легирования конструкционной стали (до 0,4% Мо; до 0,3% V) оказывают слабое влияние на кинетику распада переохлажденного аустенита. Несколько более заметный эффект наблюдается под влиянием легирования медью в количестве 1% и более (рис. 175). В случае комплексного легирования достигаемое упрочнение, очевидно, зависит от содержания в стали легирующих элементов и углерода. Однако значительный эффект может быть достигнут только в присутствии хрома, марганца, никеля и меди. Приближенно можно указать, что, если в стали с 0,25% С и выше суммарное содержание элементов не превосходит 1,5—1,8%, то нормализация такой стали, независимо от комбинаций входящих в ее состав элементов, не сопровождается значительным ее упрочнением. В нормализованном состоянии

подобная сталь имеет близкую к равновесной феррито-перлитную структуру. Присутствие легирующих элементов в количестве от 2 до 5% стали с 0,25—0,40% С после нормализации заготовок толщиной менее 50 мм приводит к образованию структуры

промежуточного типа (сорбита, троостита, игольчатого троостита), что сопровождается заметным ее упрочнением. Если же количество легирующих элементов превосходит 5—6%, то, как правило, наблюдается частично и полностью мартенситная структура, и свойства такой стали в отношении ее показателей твердости приближаются к свойствам закаленной. Указанные ориентировочные границы возникновения различных состояний в зависимости от степени легирования стали сдвигаются в сторону больших концентраций легирующих элементов при понижении содержания. углерода и, конечно, при увеличении толщины охлаждаемых заготовок.

Читать еще:  4 устройства для быстрого и точного измерения температуры тела

В табл. 58 на основании различных литературных источников приведены примеры механических свойств конструкционной стали варьирующегося состава в зависимости от типа структуры в нормализованном состоянии. В случае перлито-ферритной структуры предел прочности изменяется в зависимости от состава примерно в интервале значений 40—70 кг/мм 2 , предел текучести — 25—50 кг!мм 2 , удлинение — 15—30% . При структуре промежуточного типа предел прочности составляет 75—125 кг/мм 2 ; предел текучести 50—70 кг/мм 2 и относительное удлинение 10—20%.

Наибольший практический интерес представляет, однако, не абсолютный уровень достигаемых свойств, а сравнение свойств стали одного и того же состава после нормализации со свойствами

стали после закалки и высокого отпуска, поскольку таким способом можно более полно оценить эффективность нормализации, как средства использования резервов легирования стали.

В табл. 59 приведены механические свойства стали разного состава в нормализованном и в термически улучшенном состоянии. Из данных таблицы нетрудно видеть, что в нормализованном состоянии легированная конструкционная сталь неизменно обладает более низкими механическими свойствами, чем в термически улучшенном.

У стали, подвергнутой закалке и высокому отпуску, как правило, отмечается более высокое отношение предела текучести к пределу прочности при одновременно несколько повышенной ударной вязкости. Особенно отчетливо увеличение ударной вязкости обнаруживается в тех случаях, когда пределы прочности в нормализованном и улучшенном состоянии находятся примерно на одинаковом уровне, как это, например, имеет место у сталей 40ХН, 40ХД2 (табл. 59).

На рис. 176 показано изменение ударной вязкости в зависимости от температуры испытания стали с 0,17% С и 1,25% Мп в отожженном, нормализованном и термически улучшенном состоянии. Нормализованная сталь характеризуется более высокой склонностью к хладноломкости, чем термически улучшенная, причем эта разница тем относительно больше, чем выше температура отпуска последней после закалки. Рис. 177 иллюстрирует изменение ударной вязкости при различных температурах испытания стали с 0,29% С; 0,98% Сг и 0,21% Мо после нормализации, а также после закалки и отпуска при 580 и 315°. В этом случае нормализованная сталь также обладает большей склонностью к хладноломкости, чем улучшенная. Имеются указания, что нормализованная сталь имеет более низкое отношение предела усталости к бв. Например, сталь марки 38Х в нормализованном

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.02.08 Обновлено: 2020.03.04

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Влияние легирующих элементов на свойства стали и сплавов

Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15…20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей.

По применимости для легирования можно выделить три группы элементов:

  • Mn,Si,Cr,B;
  • Ni,Mo;
  • V, Ti, Nb, W, Zr и др.

Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.

Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:

  • влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;
  • образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)7С3; (Сг,Ре)23С6; Мо2С и др.;
  • образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом — 7Мо6; Fe3Nb и др.

В следующей таблице показано влияние наиболее применяемых легирующих элементов на свойства стали.

По характеру влияние на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:

  • элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);
  • элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа, называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.

Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность.

Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно увеличивает вязкость стали. Однако все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости.

Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод, растворимость которого в аустените при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести.

Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов. Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации.

Легирующие элементы (исключение кобальт), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для многих аустенитных сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение.

Карбидообразующие элементы: Fe — Mn — Cr — Mo — W — Nb — V — Zr — Ti (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве. Сталь, легированная этими элементами, при одинаковой температуре сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность.

Интерметаллиды образуются при высоком содержании легирующих элементов между этими элементами или с железом. Примером таких соединений могут служить Fe7Mo6, Fe3Nb2 и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.

Другие статьи по сходной тематике

Правила нанесения обозначений шероховатости поверхностей на чертежах

Cистемы обозначений сталей

Межгосударственный стандарт ГОСТ 9150-2002 (ИСО 68-1-98)

ГОСТ 26877-91 Металлопродукция. Методы измерения отклонений формы

ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector