Легированная сталь состав свойства применение – 31.Легированные стали, особенность химического состава, назначение, классификация, маркировка легирующих элементов.

Легированная сталь: применение, классификация и маркировка

Уже более 3 000 лет человечество обрабатывает железо изготавливая различные орудия, машины, домашнюю утварь. Несмотря на относительно высокие механические свойства этого металла его разрушение в результате коррозии не способствует долговременному использованию железных изделий на открытом воздухе.

Ещё одним существенным ограничением в использовании данного металла является его невысокие эстетические качества. Чтобы существенно улучшить данные свойства при производстве стали используются добавки придающие устойчивость к окислению, появлению на её поверхности блеска и существенному увеличению прочности металла.

Что такое легированная сталь

Это углеродистая сталь для улучшения технологических свойств которой введены специальные легирующие элементы. Процент добавок в составе невелик, но даже при незначительной концентрации, физические свойства металла улучшаются в несколько раз.

В зависимости от вида используемых добавок при производстве стали металл приобретает следующие свойства:

• неподверженность коррозии;
• упругость;
• тугоплавкость;
• прочность.

Для придания перечисленных качеств в состав добавляют следующие металлы:

• хром;
• никель;
• молибден;
• вольфрам;
• медь.

Зачастую в углеродистую сталь достаточно добавить 1 — 3% легирующих элементов для придания ей необходимых свойств и качеств.

Видео:

Виды легированных сталей

От процентного содержания добавок стали разделяются на:

1. Низколегированные — содержание добавок менее 2,5%
2. Среднелегированные — 2,5 — 10%.
3. Высоколегированные — более 10%.

Также легированные стали подразделяются на следующие виды:

• конструкционные;
• инструментальные;
• с особыми физическими свойствами.

Конструкционные и инструментальные изделия используются в тех областях применения металлов, где необходима повышенная прочность. Легированные стали с особыми физическими свойствами могут быть устойчивыми к коррозии, высокой температуре и к химически агрессивным средам.

Маркировка легированных сталей

Из-за большого разнообразия сплавов с улучшающими добавками появилась необходимость в их маркировке. Легированные стали классификация и маркировка которых будет приведена ниже очень легко идентифицировать по буквенному обозначению, а также по указанию процентного состава тех или иных веществ в металле.

Расшифровка

Маркировка включает в себя буквы, которые обозначают предназначение металла.

1. Ж, Х, Е — обозначение нержавеющих, хромистых и магнитных сплавов.
2. Я — хромоникелевая нержавеющая сталь.
3. Ш — шарикоподшипниковая.
4. Р — режущая.
5. А, Ш — качественная и высококачественная легированная сталь.

Также в сплавах могут содержаться следующие элементы:

• Азот — А
• Алюминий — Ю
• Бериллий — М
• Бор — П
• Вольфрам — В
• Ванадий — Ф
• Кобальт — К
• Кремний — С
• Марганец — Г
• Медь — Д
• Молибден — М
• Магний — Ш
• Ниобий — Б
• Никель — Н
• Селен — Е
• Титан — Т
• Фосфор — П
• Хром — Х
• Цирконий — Ц
• Редкоземельные металлы — Ч

Если легированные стали маркировка которых после букв не имеет цифр не содержат ниобия, молибдена, ванадия, алюминия, азота, бора, титана, циркония и редкоземельных металлов, то это будет говорить о том, что в материале содержание легирующего элемента менее 1,5%. Для перечисленных выше металлов имеется исключение из данного правила, по причине влияния на механические свойства сплава даже десятых долей процента.

Если перед буквенным обозначением стоит цифра, то это показатель содержания кремния, а расположение цифр после буквы указывает процентное соотношение обозначенных химических элементов.

Видео:

Применение легированных сплавов

Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам легированная сталь применение находит в машиностроении, изготовлении инструментов, труб и строительных материалов.

Детали машин обычно изготавливают из перлитных металлов. К этой категории материалов относятся низколегированные и среднелегированные стали, которые после отжига имеют структуру позволяющую легко обрабатывать металл с помощью режущего инструмента.

Низколегированные стали благодаря повышенным прочностным характеристикам позволяют существенно экономить денежные средства при строительстве крупногабаритных сооружений и машин. Например, в судостроительстве благодаря использованию материала удаётся уменьшить толщину применяемого металла.

Легированные стали с добавками хрома широко используются для производства изделий, которые устойчивы к воздействия молочной и уксусной кислоты, а также следующих деталей работающих под значительным давлением:

1. Поршневые пальцы, карданные крестовины и другие изделия предназначенные для эксплуатации в условиях повышенного износа.
2. Кулачковые муфты, плунжеры и шлицевые валики.
3. Шестерни коробок передач и червячные валы, а также другие изделия для работы на малых и средних скоростях.

Высоколегированная сталь широко используется для производства деталей устойчивых к коррозионному разрушению. Такие изделия также устойчивы к высоким температурам и способны работать в условиях до +1100 градусов.

Некоторые виды сплавов благодаря особым тепловым качествам имеют специальное применение, например:

1. ЭН42 — материал обладает коэффициентом расширения таким же как и у стекла, поэтому применяется в качестве электродов в лампах накаливания.
2. Х8Н36 — обладает постоянной упругостью, которая не изменяется в температурных пределах от минус 50 до +100 градусов. Благодаря неизменяемой упругости такой материал широко используется для
   производства пружин для часовых механизмов и стрелочных измерительных приборов.
3. И36 — сплав обладает нулевым коэффициентом температурного расширения, поэтому идеально подходит для изготовления различных эталонов и калибровочных изделий.

Сварка легированных сталей: особенности

Легированные сплавы обладают хорошей пластичностью, поэтому из них можно изготовить сложные конструкции методом сварки. По причине различного содержания добавок каждый тип легированных изделий имеет свои особенности.

Сварка низколегированных сталей

Особенность сварных соединений низколегированных сталей заключается в высокой сопротивляемости холодным трещинам и хрупкому разрушению. Но, такие свойства соединительного шва можно достичь только при правильном сваривании.

Если процесс предварительного нагрева будет нарушен либо сварной шов подвергнется слишком быстрому остыванию металл может получить в местах соединения микроскопические повреждения, которые значительно уменьшат прочность всей конструкции.

Низколегированные стали марки 10Г2СД, а также 14ХГС и 15ХСНД свариваются с использованием аппарата постоянного тока с обратной полярностью. Электроды для сваривания должны иметь фтористо-кальциевое покрытие. Величина сварочного тока должна точно соответствовать типу электрода, толщине металла и типу сплава. Несоблюдение этого требования также отразится на качестве сварного шва и, как следствие, на прочности изготавливаемой конструкции.

Сварка низколегированной стали должна осуществляться без перерыва, чтобы весь шов был выполнен без при температуре металла не менее 200 градусов. Средняя скорость сварки составляет 20 м/ч, при напряжении 40 В и силе тока 80 А.

Видео:

Сварка среднелегированных сталей

При изготовлении конструкций из среднелегированных сталей необходимо использовать сварочные материалы, в которых содержание легирующих элементов должно быть меньше, чем в свариваемом материале.

Только при использовании таких материалов можно добиться получения шва с высокой устойчивостью к деформации. Если при изготовлении изделий из среднелегированных сталей толщина листа не превышает 5 мм, то высокого качества соединения можно достичь при использовании аргонодуговой сварки.

Если для соединения деталей используется газовая сварка, то в качестве источника горения следует применять ацетилен в смеси с кислородом.

Сварка высоколегированных сталей

Если для производства металлических деталей применяется высоколегированная сталь, то в этом случае следует применять сварочное оборудование с минимальным тепловым захватом материала. Это необходимо для снижения вероятности коробления металла во время сварки, по причине большого содержания в составе металла различных примесей.

Электрическая сварка высоколегированных сплавов осуществляется с использованием электродов с фтористокальциевым покрытием. В этом случае удаётся добиться высоких показателей механической и химической прочности сварного шва.

Применение газовой сварки при изготовлении конструкций из высоколегированных сталей нежелательно. В исключительных случаях возможно использование газовой сварки для соединения жаропрочного высоколегированного стального листа толщиной не более 2 мм.

Видео:

Заключение

Применение легированных сплавов при изготовлении металлических деталей и конструкций позволяет придать ним необходимые физические качества. При работе с такими металлами обозначение легирующих элементов в стали помогает подобрать заготовку с нужными параметрами, из которой затем будет изготовлена конструкция.

При использовании таких сплавов необходимо не только знать их состав, но и способы соединения при помощи сварки. Поэтому если следовать рекомендациям изложенным в данной статье, то можно получить высококачественное изделия с заданными параметрами.

Загрузка…

plavitmetall.ru

Легированная сталь, ее свойства, характеристики, виды, марки и назначение

Содержание статьи

В современном мире имеется большое количество разновидностей стали. Это один из самых востребованных материалов, который используется практически во всех отраслях промышленности.

Характеристика легированных сталей

Легированная сталь представляет собой сталь, которая кроме обычных примесей оснащена еще и дополнительными добавочными веществами, которые необходимы для того, чтобы она соответствовала тем или иным химическим и физическим требованиям.

Обычная сталь состоит из железа, углерода и примесей, без которых невозможно себе представить данный материал. В легированную сталь добавляются дополнительные вещества, которые получили название легирующих. Они используются для того, чтобы сталь стала обладать такими свойствами, которые необходимы в тех или иных ситуациях.

В большинстве случаев в качестве легирующих элементов к железу, примесям и углероду добавляются: никель, ниобий, хром, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, азот, медь, кобальт. Также не редко в таком материале отмечаются такие вещества, как молибден и алюминий. Для придания прочности материалу в большинстве случаев добавляется титан.

Такой вид стали имеет три основные категории. Отношение легированной стали к той или иной группе обусловлено тем, сколько в ней содержится стали и примесей, а также легированных добавок.

Виды легированной стали

Есть три основных вида стали с легирующими элементами:

• Низколегированная сталь.

Она характеризуется тем, что в ней содержится около двух с половиной процентов легирующих дополнительных элементов.

• Среднелегированная сталь.

Данный материал имеет в своем составе от 2.5 до 10 процентов легирующих дополнительных веществ.

• Высоколегированная сталь.

К данному виду относятся стальные материалы, количество легирующих добавок в которых превышает десяти процентов. Количество этих компонентов в такой стали может достигать пятидесяти процентов.

Назначение легированной стали

Легированную сталь широко применяют в современной промышленности. Она обладает высоким уровнем прочности, что позволяет изготовлять из нее оборудование для резки и рубки металлического проката самых разных видов.

По своему назначению стали легированного типа могут быть представлены большим количеством групп.

Основными из них являются:

• конструкционная легированная сталь,
• инструментальная легированная сталь,
• легированная сталь с особыми химическими и физическими свойствами.

Характеристики легированных сталей могут быть разнообразными. Они их приобретают благодаря соотношению основных элементов. Стали такого типа являются в любом случае более прочными и устойчивыми к образованию коррозии.

Свойства легированной стали

Свойства легированных сталей являются разнообразными. Они главным образом определяются теми добавками, которые применяются в качестве легирующих при производстве отдельных видов стальных материалов.

В зависимости от добавленных легирующих компонентов сталь приобретает следующие качества:

• Прочность. Данное свойство приобретает после добавления в ее состав хрома, марганца, титана, вольфрама.
• Устойчивость к образованию коррозии. Это качество появляется под воздействием хрома, молибден.
• Твердость. Сталь становится боле твердой благодаря хрому, марганцу и другим элементам.

Внимание: Стоит отметить, что для того, чтобы легированная сталь была более прочной и устойчивой к внешнему влиянию окружающей среды необходимое содержание хрома не должно быть менее двенадцати процентов.

Сталь легированного типа при правильном процентном соотношении всех входящий в нее элементов не должна менять свои качестве при температуре нагревания до шестисот градусов Цельсия.

Производство легированной стали.

Марки легированной стали

Марки легированной стали являются различными. Они представлены в большом многообразии. В зависимости от назначения стали определяется ее маркировка.

Сегодня имеется большое количество требований к маркировке легированной стали. Для данного процесса используются цифровые и буквенные обозначения. Сначала при маркировке используются цифры. Они являются показателями того, сколько содержится в том или ином виде легированной стали сотых долей углерода. После цифр стоят буквы, которые являются обозначением того, какие легирующие добавки были использованы при производстве того или иного легированного типа стали.

После букв могут стоять цифры, обозначающие количество легирующего вещества в составе стального материала. Если после обозначения какого-либо легирующего элемента не стоит цифровое обозначение, то его в составе имеется минимальное количество, не достигающее даже одного процента.

Таблица 1. Сопоставление марок стали типа Cm и Fе по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82.

Марки стали
Ст	Fe	Ст	Fe
СтО	Fe310-0	Ст4кп	Fe430-A
Ст1кп		Ст4пс	Fe430-B
Ст1пс		Ст4сп	Fe430-C
Ст1сп	—	—	Fe430-D
Ст2кп		Ст5пс	Fe510-B, Fe490
Ст2пс		Ст5Гпс	Fe510-B, Fe490
Ст2сп		Сг5сп	Fe510-C, Fe490
СтЗкп	Fe360-A
СтЗпс	Fe360-B	Ст6пс	Fe590
СтЗГпс	Fe360-B	Стбсп	Fe590
СтЗсп	Fe360-C		Fe690
СтЗГсп	Fe360-C	—
	Fe360-D

Таблица 2. Условные обозначения легирующих элементов в металлах и сплавах

Элемент	Символ	Обозначение элементов в марках металлов и сплавов		Элемент	Символ	Обозначение элементов в марках металлов и сплавов
		черные	цветные			черные	цветные
Азот	N	А	—	Неодим	Nd	—	Нм
Алюминий	А1	Ю	А	Никель	Ni	—	Н
Барий	Ва	—	Бр	Ниобий	Nb	Б	Нп
Бериллии	Be	Л		Олово	Sn	—	О
Бор	В	р	—	Осмий	Os	—	Ос
Ванадии	V	ф	Вам	Палладий	Pd	—	Пд
висмут	Bi	Ви	Ви	Платина	Pt	—	Пл
Вольфрам	W	В	—	Празеодим	Pr	—	Пр
Гадолиний	Gd	—	Гн	Рений	Re	—	Ре
Галлий	Ga	Ги	Ги	Родий	Rh	—	Rg
Гафнии	Hf	—	Гф	Ртуть	Hg	—	Р
Германий	Ge	—	Г	Рутений	Ru	—	Pv
Гольмий	Но	—	ГОМ	Самарий	Sm	—	Сам
Диспрозий	Dv	—	ДИМ	Свинец	Pb	—	С
Европий	Eu	—	Ев	Селен	Se	К	СТ
Железо	Fe	—	Ж	Серебро	Ag	—	Ср
Золото	Au	—	Зл	Скандий	Sc	—	С км
Индий	In	—	Ин	Сурьма	Sb	—	Cv
Иридий	Ir	—	И	Таллий	Tl	—	Тл
Иттербий	Yb	—	ИТН	Тантал	Та	—	ТТ
Иттрий	Y	—	ИМ	Теллур	Те	—	Т
Кадмий	Cd	Кд	Кд	Тербий	Tb	—	Том
Кобальт	Co	К	К	Титан	Ti	Т	ТПД
Кремний	Si	С	Кр(К)	Т\’лий	Tm	—	ТУМ
Лантан	La	—	Ла	Углерод	С	У	—
Литий	Li	—	Лэ	Фосфор	P	п	Ф
Лютеций	Lu	—	Люн	Хром	Cr	х	Х(Хр)
Магний	Mg	Ш	Мг	Церий	Ce	—	Се
Марганец	Mn	Г	Мц(Мр)	Цинк	Zn	—	Ц
Медь	Cu	Д	М	Цирконий	Zr	Ц	ЦЭВ
Молибден	Mo	М	—	Эрбий	Er	—	Эрм

lkmprom.ru

Что такое легированная сталь — состав, свойства, марки, ГОСТ, назначение, обработка :: SYL.ru

Пожалуй, нет в мире такого человека, который бы не слышал про самый распространенный сплав железа на земле – сталь. Помимо того, что материал имеет немало разновидностей, он используется в производстве практически любых железных конструкций и предметов. Причем отдельного внимания заслуживает легированные сплавы, которые обладают особыми свойствами. В современной промышленности сложно найти какую-либо отрасль, где не используется легированная сталь. Что такое и чем данная разновидность отличается от всех остальных?

Что это за материал?

Обычная сталь – это соединение железа углерода и ряда примесей. Под определением «легированная сталь» (ЛС) подразумевается особый сплав, который получен путем внедрения некоторого количества химических элементов. Это делается с целью получения необходимых физических и химических свойств металла.

Как правило, добавляются такие элементы периодической таблицы Менделеева, без которых сложно обойтись в зависимости от конкретной ситуации:

• Никель – Н (Ni).
• Медь – М (Cu).
• Ниобий – Б (Nb).
• Хром – Х (Cr).
• Марганец – Г (Mn).
• Кремний – С (Si).
• Ванадий – Ф (V).
• Вольфрам – В (W).
• Молибден – М (Mo).
• Титан – Т (Ti).
• Алюминий – А (Al).
• Цирконий – Ц (Zr).
• Кобальт – К (Co).

Но помимо них находят применение молибден с алюминием. При этом каждый из этих элементов добавляется с определенной целью. И их количество напрямую влияет на получение необходимых качеств. Теперь уже становится немного понятно, что такое легированная сталь.

Добавки

Некоторые из них, повышая какие-то определенные свойства материала, занижают другие качества. К примеру, при помощи марганца можно существенно повысить прочность и твердость металла наряду с улучшением режущих качеств. В то же время это приводит к увеличению зерна, что снижает стойкость к ударным нагрузкам.

Добавление хрома, наоборот, может повысить эти качества и одновременно с этим увеличить жаропрочность. Благодаря никелю сплав становится более упругим, а если его количество преобладает, то металл приобретает высокие показатели коррозийной стойкости и жаропрочности. Нержавеющая сталь, о которой знает каждый, это как раз сплав из последних двух металлов либо материал с содержанием хрома 27 %.

Каждого, кто знает, что собой представляет легированная сталь, что такое легирование — понимает не до конца. Так вот, суть его как раз заключается в добавлении этих элементов. Но вернемся к нашим «примесям» – молибден с одной стороны повышает твердость, но с другой — приводит к уменьшению хрупкости. За счет вольфрама можно повысить не только твердость, но и прочность, а вместе с этим и режущие качества металла. К тому же при нагреве до высокой температуры (600-650 °С) эти свойства не теряются (красностойкость).

Кремний позволяет увеличить упругость материала, а также стойкость к воздействию кислот. Добавление ванадия способствует увеличению пластических свойств за счет уменьшения зерна. Титан позволяет получить более прочный материал.

Примеси

Теперь точно понятно, что такое легированная сталь. Но вместе с этим следует знать о наличии некоторых примесей, которые, вне зависимости от марки стали, в ней всегда присутствуют. В большинстве случаев это неметаллы:

• Углерод.
• Сера.
• Фосфор.
• Кислород и Азот.
• Водород.

Углерод больше всего оказывает влияние на свойства стали. Если его содержится не более 1,2 %, то материал отличается высокой твердостью и прочностью. Также увеличивается предел текучести. Превышение этой нормы приводит к снижению прочности и пластичности.

Большое содержание серы тоже не на пользу. Более 0,65 % – снижается ударная вязкость, коррозионная стойкость, пластичность. Но, помимо этого, существенно снижается свариваемость стали.

С фосфором надо быть предельно внимательным, поскольку его превышение, даже незначительно, отрицательно сказывается на металле. Снижается вязкость и пластичность, в то же время хрупкость и текучесть возрастают. Все это может отразиться на обработке легированных сталей.

Превышение кислорода и азота приводит к излишней хрупкости материала, а также понижают его вязкость.

Высокое содержание водорода тоже наделяет металл хрупкостью, что нежелательно.

Разновидности ЛС

В зависимости от количества легирующих добавок сталь может разделяться на три вида:

• Низколегированная сталь – содержит не более 2,5 % добавок.
• Среднелегированная сталь – количество легирующих элементов варьируется от 2,5 до 10 %.
• Высоколегированная сталь – здесь речь идет о большем содержании 10 % и выше.

При этом учитывается именно суммарное количество легирующих добавок.

Чтобы получить определенные качества, легированные стали проходят процесс нормализации. Это когда материал нагревается до температуры 900 °C, а после этого он охлаждается на воздухе.

Исходя из этого, «маркировка» легированных сталей может выглядеть так:

• Перлитная – содержание легирующих добавок у таких сталей колеблется от 5 % до 7 %. Получаются следующие структуры: перлит, сорбит, тростит.
• Мартенситная – здесь легирующих элементов больше 7-15 %, углерода при этом не более 0,55 %.
• Аустенитная – помимо содержания легирующих элементов (более 15 %), здесь присутствует никель (8 %) и марганец (13 %). Содержание же углерода здесь не более 0,2 %.
• Ферритная – у такой структуры углерода также содержится не больше 0,2 %. В то время как хрома здесь 17-30 %, кремния 2,5 % (не менее). Такие стали можно отнести к малоуглеродистым.
• Карбидная (ледебуритная) – это уже высокоуглеродистые марки (0,7 % С). В основном содержат вольфрам, ванадий, молибден и хром.

Получение разной марки легированной стали, точнее ее структуры, зависит не только от скорости охлаждения металла на воздухе, но и от количества легирующих добавок и углерода.

Особенности маркировки ЛС

В начале статьи в списке легирующих элементов возле каждого из них стоят буквы, что не случайно. Именно ими производится маркировка подобных металлов, но помимо них присутствуют еще цифры. Пример приведен ниже.

Все это делается согласно ГОСТу 4543-71. Буквенно-цифровое обозначение принято неслучайно, ведь все легированные стали имеют широкий ассортимент. А в таком многообразии несложно запутаться, и поэтому возникла необходимость в систематизации.

При этом каждая буква кириллицы (идет первой) в обозначении указывает на присутствие того или иного элемента, а цифра (как правило, после буквы) — содержание в процентах. При этом, если речь идет о количестве менее 0,99 %, то число обычно не ставится.

Иногда в сплав могут быть добавлены и редкоземельные металлы, такие как иттрий, лантан и ряд прочих. В этом случае в обозначении стали легированной по ГОСТу указывается лишь одна буква – Ч. В маркировке стали есть и другие особенности:

• Первые две цифры всегда указывают на процентное содержание углерода, который буквенно никогда не обозначается.
• Если это быстрорежущая сталь, то содержание вольфрама указывается в целых долях процента. Хрома в таких сплавах обычно 4 %.
• Для шарикоподшипниковой стали после букв ШХ следует обозначение содержание хрома в десятых долях процента.
• Присутствие двух литер «А» указывает на особо чистую легированную сталь.

Возьмем для примера две маркировки:

1. 03Х13АГ19 – ЛС содержит 0,03 % углерода, 13 % хрома, 1 % азота и 19 % марганца.
2. 18ХГТ – у этой стали углерода 0,18 %, а хрома, титана и марганца по 1 %.

Помимо этого, в самом начале какой-либо маркировки легированных сталей может стоять буква, которая указывает на материал специального назначения:

• Электротехническая – Э.
• Быстрорежущая – Р.
• Шарикоподшипниковая – Ш.
• Автоматная – А.

Легированные стали еще могут принадлежать категории высококачественных или особенно высококачественных металлов.

В этом случае в конце маркировки будет стоять литера «А» либо «Ш» соответственно.

Преимущества

Все легированные стали обладают рядом ценных преимуществ, среди которых стоит выделить:

• повышенную стойкость к деформациям пластинчатого характера;
• высокую твердость;
• стойкость к хладоломкости и вязкости;
• технологические качества на высоком уровне.

Помимо этого, такая сталь не склона к короблению или появлению прочих дефектов в ходе процесса закалки.

Недостатки

При всех очевидных достоинствах, которыми обладают легированные инструментальные стали либо прочие, недостатки тоже присутствуют:

• Для них характерна дендритная ликвация, но, к счастью, этого можно избежать проведением диффузионного отжига.
• Высоколегированные марки могут содержать остаточный аустенит, из-за чего снижается сопротивляемость к усталости и твердости материала.
• Не исключается появление флокенов – так называемых трещин в структуре стали. Данного дефекта можно избежать путем замедления охлаждения металла, а также снижения содержания водорода в ходе выплавки.

В зависимости от разновидности термической обработки позволяют избежать появления большинства дефектов. В результате чего сталь приобретает необходимые, порой уникальные качества.

Производство ЛС

Процесс производства легированных инструментальных сталей или иных проходит в несколько этапов с использованием электродуговых печей:

• Железная руда очищается.
• Плавление металла.
• Добавление легирующих элементов.

В процессе очистки железная руда избавляется от нежелательных примесей, таких как сера и фосфор. Все это происходит в плавильной печи открытого типа. Также используется технология внепечной обработки стали. Другой технологический необходимый процесс – это вакуумная плавка, в результате которого удаляется мышьяк и ряд примесей цветных металлов.

Для плавки металла уже используется электродуговая печь, для чего в ней сырье разогревается до высокой температуры 400-600 °C. Здесь железо начинает превращаться в чугун, для которого характерна неустойчивая кристаллическая решетка. Но посредством стабилизации из него получается какая-нибудь марка легированной стали.

Делается это следующим образом. В рабочую камеру поступает кислород, при сгорании которого атмосфера камеры снабжается углеродом. Он начинает смешиваться с железом, что и ведет к образованию стали.

Потом уже в сырье начинают добавлять различные добавки в зависимости от необходимых свойств металла. Кристаллическая решетка становится более плотной, и в результате получается легированная продукция.

Термообработка ЛС

На выплавке производство ЛС не заканчивается. После этого необходимо ее закалить. Выплавленные образцы проходят процедуру закаливания при температуре 1100 °C. После нее нужен отпуск углеродистых и легированных сталей, причем делается он постепенно, во избежание появления трещин.

Этот процесс необходим для всех закаленных деталей. Его главная задача заключается в снятии внутренних напряжений. При этом снижается твердость, а пластичность увеличивается. Для отпуска могут использоваться разные средства:

• Ванны:
  • масляные;
  • селитровые;
  • с расплавленной щелочью.
• Печь с принудительной воздушной циркуляцией.

Что касается температуры отпуска, то она зависит от марки ЛС и необходимой твердости материала. К примеру, для HRC 59-60 это 150-200 °C. Для быстрорежущих ЛС нужен температурный режим чуть больше – 540-580 °C. Это еще называется как вторичное отвердение, поскольку твердость детали возрастает.

Как правило, после процесса отпуска сталь охлаждается на открытом воздухе. Но хромоникелевые изделия исключение – для них нужна ванна с водой или маслом. Если охлаждение затянется, это приведет к излишней хрупкости металла.

Область применения

Что касается назначения легированных сталей, то это практически любая сфера человеческой жизнедеятельности. Инструментальный металл идет на производство резцов, фрез, штампов, измерительных устройств, шестерен, пружин, подвесок, растяжек и многого другого. Нержавеющая ЛС идеальна для изготовления посуды, корпусов бытовой техники.

Сварка ЛС

Процесс сварки ЛС в полной мере зависит от химического состава металла. Причем в отличие от легирующих элементов больше всего оказывает влияние углерод. В то же время сами добавки по-разному воздействуют на сварку. К примеру, наличие хрома и марганца в большей степени приводит к образованию трещин, нежели никель. А вот титан на этот процесс действует вполне благоприятным образом.

Из-за большого количества серы, фосфора и растворенных газов свариваемость стали в разы ухудшается. Поэтому их содержание не должно быть более 0,020-0,055 %, что никоим образом не отразится на сварке легированных сталей.

www.syl.ru

свойства, классификация, маркировка, назначение |

Для начала необходимо определить, какие стали называются легированными. Нержавеющая сталь легированная – это сплав, в составе которого, наряду с железом и углеродом, присутствуют дополнительные элементы (Cr, Si, Ni, Mn и др.).  Эти легирующие добавки стали положительно влияют на физико-химические характеристики металла. Благодаря легированию расширяется спектр применения нержавеющего металла.

 Классификация легированных сталей

Исходя из процента легирующих элементов в составе, нержавеющая сталь подразделяется на следующие классы:

• Низколегированная сталь (менее 2,5 %)
• Среднелегированная сталь (2,5 – 10%)
• Высоколегированная сталь (более 10%)

В качестве вспомогательных компонентов для низколегированных сталей обычно используется никель, молибден и хром. Одни из самых распространенных марок стали этой группы:  13Х (используется для изготовления ювелирного, гравировального и хирургического оборудования), жаропрочная конструкционная низколегированная сталь 12Х1МФ (применяется в производстве трубопроводов, фланцев, деталей цилиндров и др.) Свойства низколегированных сталей позволяют снизить вес конструкций, сэкономить металл за счет высокого предела текучести, повысить эксплуатационные характеристики конечного изделия.

В состав среднелегированной стали может входить никель, вольфрам, молибден, ванадий. Термическая и механическая обработка позволяет достичь оптимального соотношения прочности, вязкости и пластичности. Среднелегированная сталь незаменима в машиностроении, судостроении, для изготовления различных деталей (сверла, развертки и т.д.) Например, такие популярные марки как 9Х5ВФ, 8Х4ВЗМЗФ2 прокаливаются при более высоких температурах, чем низколегированные стали, они более долговечные и прочные.

Основные добавочные элементы высоколегированных сталей – хром и никель. Благодаря их высокому содержанию металл получает такие уникальные свойства как: резистентность к экстремальным температурам, коррозионная стойкость, жаропрочность. Высоколегированная нержавеющая сталь обязана своими исключительными характеристиками не только химическому составу, но и последующей обработке. Например, сталь марки 12Х18Н10Т, устойчивая к азотной кислоте и другим агрессивным воздействиям, идеально подходит для сварных конструкций; сталь 08Х14МФ используется для производства нержавеющих труб, оборудования пищевой промышленности.

Помимо классификации по содержанию легирующих элементов, легированная сталь различается по структуре (перлитная, мартенситная, аустенитная, ферритная, карбидная), по назначению (особого назначения, конструкционные, инструментальные) и по другим параметрам.

Маркировка легированных сталей

Обозначение легированных сталей осуществляется при помощи букв и цифр, которые указывают на состав сплава. Буквы соотносятся с химическими элементами, входящими в состав легированной стали, а цифры – с их содержанием в процентах. Для расшифровки химического состава легированных сталей можно использовать эту таблицу:

Маркировка	Элемент
Х	Cr – хром
Н	Ni – никель
М	Mo – молибден
С	Si – кремний
Г	Mn – марганец
В	W – вольфрам
Т	Ti – титан
Ю	Al – алюминий
Д	Cu – медь
Б	Nb – ниобий
К	Co — кобальт

Цифры, стоящее в начале марки, показывает среднее содержание углерода (одна цифра – десятая доля процента,  две – сотая), а если марка начинается с буквы, то содержание углерода – 1% или выше. Например, 18ХГТ состоит из 0,18% углерода, и примерно по 1% приходится на хром, марганец и титан; 2Х17Н2 – 0,2% углерода, 17% хрома и 2% ниобия. Иногда в маркировке стали встречаются и вспомогательные обозначения (русская буква в начале марки): Р – быстрорежущая, Э – электротехническая, А – автоматная, I – шарикоподшипниковая и т.д.

 

Обратите внимание на то, что не существует универсальной системы обозначения марок стали. Российские марки нержавеющей стали (ГОСТ) имеют зарубежные аналоги: европейские (EN), американские (AISI), немецкие (DIN).

 

Свойства и назначение легированных сталей

Наличие легирующих элементов и последующая обработка обеспечивают стали ряд уникальных физико-химических свойств:

• Жароустойчивость
• Износостойкость
• Пластичность
• Коррозионная устойчивость
• Прочность и многие другие.

 

Благодаря этому легированные стали активно используются для выполнения различных технических задач практически во всех промышленных сферах: медицинское оборудование и инструменты, емкости и оборудование в пищевой промышленности, валы, шайбы, коробки передач, узлы, конструкционные элементы в строительстве и машиностроении т.д.

 

 

 

nercom.by

Свойства и применение легированных сталей

По назначению легированные стали разделяются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Стали перлитного класса с различным содержанием углерода нашли широкое применение как конструкционные материалы для изготовления различных конструкций и деталей машин. Для изготовления конструкций применяют преимущественно низколегированные стали с невысоким содержанием углерода, что обеспечивает им хорошую свариваемость.

Стали предназначенные для изготовления деталей машин и приборов, разделяют в зависимости от применяемой к ним термообработки на цементуемые (содержат не более 0,25 %С) и улучшаемые (0.25… 0,5%С). Детали из цементуемых сталей подвергают цементации, закалке и низкому отпуску. В результате получается твёрдая, износостойкая поверхность (НКС 56… 62), со структурой высокоуглеродистого

мартенсита и более мягкая, вязкая сердцевина (НЕС 15…45) со структурой малоуглеродистого мартенсита.

Детали из улучшаемых сталей подвергают закалке в масле и высокому отпуску. Такая термообработка называется улучшением. Закалка даёт мартенситную структуру. Мартенсит при высоком отпуске распадается на сорбит., сочетающий достаточную прочность с повышенной вязкостью. Такие детали хорошо работают в условиях динамических нагрузок.

Стали, легированные кремнием, марганцем и некоторыми другими элементами и содержащие 0,5…0,65 %С, используются для изготовления пружин и рессор. Они подвергаются закалке и среднему отпуску на тростит, который обеспечивает хорошую упругость и прочность.

К перлитному классу принадлежат и шарикоподшипниковые стали. Это высокоуглеродистые стали, легированные небольшим количеством хрома (не более 1,5 %). Закалка и низкий отпуск обеспечивают им мартенситную структуру, прочность и износостойкость.

Кроме деталей машин из легированных сталей перлитного класса с высоким содержанием углерода (более 0,8 %) изготавливают режущий и мерительный инструмент. Такой инструмент подвергается неполной закалке и низкому отпуску. Приобретая высокую твёрдость и износостойкость, инструмент, однако, не обладает достаточной теплостойкостью. Некоторые марки перлитных сталей используют для изготовления инструмента для горячего деформирования. Пониженное по сравнению с другими инструментальными сталями содержание углерода (от 0,3 до 0,7%) позволяет получить достаточную вязкость, т.к. такой инструмент часто работает с ударными нагрузками.

Легирующие элементы в сталях перлитного класса не оказывают существенного влияния на структуру. В основном они способствуют увеличению прокаливаемости и тем самым дают возможность получить высокие механические свойства в деталях больших сечений.

Среди сталей мартенситного класса широкое применение находят стали, содержащие около 13 % хрома и до 0,4 % углерода. При содержании хрома более 12,5 % сталь становится коррозионностойкой. Стали этой группы хорошо сопротивляются атмосферной коррозии и коррозии в среде водяного пара, т.е. являются нержавеющими из них изготавливают различные детали машин, требующие повышенной прочности и коррозионной стойкости, а также некоторые виды инструмента. Упрочнение достигается закалкой в масле или на воздухе на структуру мартенсита. Отпуск в зависимости от назначения может быть высоким (для деталей машин) или низким (для инструмента).

Набольшее применение среди сталей аустенитного класса находят хромоникелевые стали, содержащие около 18 % хрома и 8.., 10 % никеля (углерода не более 0,2 %). Эти стали имеют более высокую коррозионную стойкость, чем хромистые стали мартенситного класса. В нормализованном состоянии эти стали имеют структуру, состоящую из аустенита и небольшого количества карбидов типа (FeCr)₂₃C₆. При нагреве

под закалку (так называемая аустенизацня) карбиды растворяются в аустените, и при резком охлаждении в воде фиксируется однофазная аустенитная структура. Однофазные структуры характеризуются более высокой коррозионной стойкостью, т.к. в этом случае уменьшается вероятность образования микрогальванических пар, вызывающих электрохимическую коррозию. Закалка аустенитных сталей не является упрочняющей операцией.

Аустенитные стали используются как кислотостойкие для изготовления химической аппаратуры, а также для деталей машин и криогенного оборудования, работающего при температурах до -253*С. Стали этого класса могут использоваться и как жаростойкие, жаропрочные материалы.

Наиболее известными сталями ферритного класса являются высокохромистые стали, содержащие 17…30 % хрома и не более 0,2 % углерода. Они хорошо сопротивляются как электрохимической так и газовой коррозии при высоких температурах, т.е. являются кислотостойкими и жаростойкими (окалиностойкими). Недостатком этих сталей является низкая прочность и возникающая при перегреве (например, при сварке) крутшозернистость, которая не устраняется термической обработкой, Крупнозернистость придаёт сталям повышенную хрупкость. Используются эти стали преимущественно в отожженном состоянии.

Рассмотренные стали мартенситного, аустенитного и ферритного класса относятся с особыми свойствами.

Стали карбидного класса по назначению являются инструментальными. Они отличаются повышенной изноетойкостью и теплостойкость (красностойкостью). Благодаря этому их используют для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Наилучшие режущие свойства стали приобретают после сложной термической обработки. Отожженные заготовки имеют структуру сорбитообразного перлита и карбидов. После механической обработки заготовок и придания инструменту необходимой формы он подвергается закалке и трёхкратному отпуску. Схема режимов термической обработки приведена на рис.3.

С целью выравнивания температуры по всему сечению инструмента и в избежании его деформации производится подогрев до температуры около 800°С, а затем окончательный нагрев в расплавах солей до температур 1260… 1290 °С (для стали Р18). Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения карбидов и получения при нагреве высоколегированного аустенита. Это обеспечивает получение после закалки в масле (или на воздухе) высоколегированного мартенсита, обладающего высокой устойчивостью против отпуска, т.е. теплостойкостью. Часть карбидов, не растворившихся при нагреве, препятствуют росту зерна аустенита.

В процессе охлаждения часть аустенита превращается в мартенсит. Кроме того в структуре сохраняются не растворенные карбиды и некоторое количество остаточного аустенита, т.к. точка М_к лежит ниже нуля градусов и мартенситное превращение не заканчивается. Остаточный аустенит понижает твёрдость и режущие свойства, поэтому его присутствие в структуре недопустимо.

После закалки следует отпуск при температуре около 560 °С, при котором происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит с выделением дополнительного количества дисперсных карбидов. Это сопровождается увеличением твёрдости. Чтобы весь остаточный аустенит превратился в мартенсит, отпуск проводят 3 раза подряд с выдержкой по одному часу. Для инструмента простой формы можно делать после закалки обработку холодом и однократный отпуск при 560°С.

Твёрдость стали после закалки составляет HRC 62…63, а после трёхкратного отпуска HRC 64…65. Высокая твёрдость сохраняется при последующих нагревах в процессе работы до температур до 600 «С, что обеспечивает теплостойкость инструмента.

В таблицах 1, 2, 3, 4 приведены справочные данные на различные стали с указанием марок, химического состава, режимов термической обработки, механических свойств и примерного назначения.

studfiles.net

Классификация и область применения легированных сталей

Область применения легированных сталей распространяется на сферу машиностроения. Благодаря высокой прочности и временному сопротивлению от 800 до 2000 МПа их используют для производства наружных конструкций, функционирующих при низких отрицательных и высоких положительных температурах, под воздействием ударных знакопеременных нагрузок и агрессивных рабочих сред. Некоторый вид таких легированных сталей находит применение в армировании железобетонных рам.

 

Состав легированных сталей

 

Легированные стали помимо традиционных примесей имеют в своем составе специфические вещества, намеренно добавленные в регламентированном объеме с целью обеспечения конкретных физико-механических характеристик. Эти элементы называются легирующими.

 

Легирующие элементы стали значительно увеличивают прочностные свойства металла, его коррозийную устойчивость, уменьшают хрупкость. Среди таких добавок наиболее востребованы хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др. Смешиваясь с железом, они изменяют и рушат симметричное расположение кристаллической решетки, поскольку владеют иными атомными величинами и формой наружных оболочек электронов. Значительная конструкционная прочность приобретается за счет рационализированного подбора химического состава легированной стали, ее структуры, терморежимов обработки, способов упрочнения поверхности, повышением металлургических характеристик. Уровень содержания легирующих элементов увеличивает себестоимость стали, это обуславливает строгую обоснованность диапазона добавок.

 

 

Ключевая роль в составе легированной стали принадлежит углероду, который повышает ее прочность, но понижает пластические и вязкие качества, из-за чего возрастает порог хладоломкости. В связи с этим его содержание сдерживается в определенных рамках и только в исключительных случаях бывает выше 60 %. По уровню легирования различают металл низко-, средне- и высоколегированный. Согласно этой классификации легированные стали в первом случае содержат менее 2,5 % добавок, во втором – 2,5…10 %, в третьем – 10…50 %. Кроме того, различают сталь коррозионно-устойчивую относительно электрохимической и межкристаллитной коррозии; окалино- и жароустойчивую относительно химического распада поверхности при 550 °С и выше; жаропрочную, которая отличается значительной жаростойкостью и способностью к работе под нагрузкой длительное время при 1000 °С и выше.

Жаропрочная высоколегированная сталь представляет собой такую категорию металла, которая может применяться при максимально критических температурах (1/3 от температуры плавления) под действием слабой нагрузки без явных остаточных деформаций и распада. Главными особенностями данного вида металла являются продолжительная пластическая деформация и прочность во времени, которая выражается в сопротивлении распаду при долгом влиянии температуры. Жаропрочные качества главным образом выделяются температурой плавления базового элемента сплава, его легированной добавки и параметрами предыдущей термической обработки, которые определяют структурную фазу сплава.

Существенное возрастание конструктивной прочности в легированном железе обуславливается высокой прокаливаемостью, снижением критической скорости закаливания, дроблением зерна. Использование упрочняющей термообработки повышает ряд механических качеств. В результате этого в легированных конструкционных сталях улучшены механические характеристики (тепло-, жаро- и коррозионная стойкость) и существенно изменены физико-химические и технико-эксплуатационные свойства.

 

Основные характеристики легированных сталей

 

Преимущественные свойства легированных сталей заключаются в следующих особенностях:

•    сочетание значительных прочностных и ударно-вязких параметров при позитивной и негативной температуре;
•    прекрасные технологические качества;
•    экономичность;
•    большие объемы производства;
•    серьезные параметры сопротивления пластичным деформациям;
•    легирующие добавки способствуют стабилизации аустенита, что сказывается на повышении прокаливаемости таких сталей;
•    возможность применения легких охладителей уменьшает риск возникновения брака по трещинам и короблению при закалке, поскольку снижается разрушение аустенита;
•    увеличивается запас пластичности и вязкости, что обуславливает высокую надежность готовых изделий;
•    полезные свойства выявляются только после термической обработки легированной стали, поэтому производимые изделия проходят обязательный этап термического воздействия.

 

 

Для описания марок легированных сталей используется буквенно-цифровой алгоритм. Легирующие добавки соответствуют определенной букве алфавита. Цифры, указанные перед буквами, означают уровень углерода в десятых или сотых долях % в зависимости от класса стали. Цифры, расположенные следом за буквами, означают уровень легирующих добавок в процентах. Когда их уровень составляет больше 1,5 %, то цифровое обозначение не используется. Указывание буквы А в конце маркировки легированных сталей свидетельствует о том, что металл высококачественный.

 

 

 

Низколегированная сталь характеризуется прекрасной пластичностью, достаточной свариваемостью и крепким сопротивлением хрупкости. Отличные механические качества она получает в ходе закаливания, нормализации и дальнейшего высокого отпуска. У нее в составе низкий уровень углерода. Высокие прочностные характеристики получаются за счет введения марганцевых, хромовых, никелевых или кремниевых добавок. Влияние легирующих элементов на сталь проявляется в отличной свариваемости и способности поглощать механическое воздействие при деформировании и распаде под ударной нагрузкой с низкой границей хладноломкости. Такая сталь отличается мелкозернистой текстурой. Но высокая чувствительность к концентрированию напряжений обуславливает пониженную вибрационную устойчивость.

 

Процесс сварки легированных сталей

 

Главные параметры сварки низколегированных сталей состоят в их сопротивляемости к локальным межкристаллическим трещинам и хрупкому разрушению. Показателями при выборе режимов сварочных операций являются предельно-допустимые наибольшая и наименьшая скорости остывания околошовной области стали. Максимум скорости остывания выбирается с учетом предотвращения холодных трещин в этой области. Величина тока процесса сварки принимается в соответствии с типом и толщиной электрода, также оценивают расположение шва, категорию соединения и слой свариваемого железа. Сварку технологических зон следует осуществлять беспрерывно, без охлаждения шва ниже температуры первоначального нагревания и подогревания его перед проведением дальнейшего прохода выше 200 °С.

Газовое сваривание таких сталей отличается высокой степенью разогревания сварных кромок, низкой коррозионной устойчивостью и сильным выгоранием легирующих элементов, что значительно ухудшает свойства сварных соединений. Для предотвращения отрицательных моментов при такой сварке используют присадочную проволоку, проковывание при 800 °С с дальнейшей нормализацией.

 

 

Конструкционные низколегированные стали используются для производства сварных устройств разного назначения. В эту категорию входит термоустойчивая сталь, легированная молибденовыми, вольфрамовыми или ванадиевыми элементами для увеличения температуры разупрочнения металла при нагревании и хромом для увеличения жароустойчивости.

Высоколегированная сталь легко подвергается межкристаллической коррозии, что исключает использование газовой сварки. Допускается такой вариант соединения лишь в случае обработки жаропрочных экземпляров слоем до 2 мм, но при этом все равно остается риск появления короблений.

Сварка высоколегированной стали под флюсом является оптимальным способом соединения металла толщиной до 5 см, поскольку при обработке обеспечиваются стабильные характеристики состава полотна на протяжении всего шва.

Большая часть легированных инструментальных сталей принадлежит к металлам перлитного класса. Они имеют в своем составе небольшое число легирующих веществ, отлично подлежат компрессионной обработке и резанию. Сталь инструментального типа востребована в производстве режущего инструментария, форм горячей деформации повышенной износостойкости. Металлургическая индустрия производит большой ассортимент продукции из такого материала, соответствующего конкретному ГОСТу. Основное назначение легированных сталей состоит в изготовлении горячекатаного проката.

promplace.ru

Легированные стали

Легированными называют стали, в которые вводятся специальные легирующие элементы, способные улучшать механические, технологические, эксплуатационные свойства, а в некоторых случаях придавать стали особые физические или химические свойства.

Легирующие элементы могут растворяться в феррите, аустените., цементите, образовывать специальные карбиды (карбиды легирующих элементов в отличии от карбида железа) или интерметаллидные соединения с железом и между собой, например, FeCr, FeV и т.д.

Растворяясь в аустените или феррите, легирующие элементы упрочняют эти фазы, делают их более устойчивыми против распада при нагреве и охлаждении, изменяя температуры фазовых превращений и структуру сталей.

Структура легированных сталей в нормализованном состоянии

Легированные стали в зависимости от структуры, получаемой после нагрева до 900°С и охлаждения на воздухе (т.е. после нормализации), подразделяются на пять классов;

1. перлитный;
2. мартенситный;
3. аустенитный;
4. ферритный;
5. карбидный,

По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в интервале температур перлитного превращения возрастает, а температурная область мартенситного превращения понижается. Это схематично отражено на диаграмме распада аустенита (рис.1)

Рис.1. Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей трёх классов (схема).

В зависимости от содержания легирующих элементов и углерода при заданной скорости охлаждения (на воздухе) можно получить разную структуру.

Стали перлитного класса характеризуются небольшим содержанием легирующих элементов (менее 5…7%). Для них, как и для углеродистых сталей, кривая скорости охлаждения при нормализации будет пересекать С-кривые перлитного распада. Следовательно, будут получаться структуры перлитного типа: перлит, сорбит, тростит.
Стали мартенситного класса содержат большее количество легирующих элементов (обычно 7… 15 %). В присутствии никеля, даже при общем количестве легирующих элементов около 5 %, сталь может относиться к мартенситному классу. Содержание углерода в сталях мартенситного класса обычно не превышает 055 %, Область перлитного распада в этих сталях сдвинута вправо, поэтому охлаждение на воздухе приводит к переохлаждению аустенита до температур мартенситного превращения, где и происходит образование мартенсита.

Стали аустенитного класса содержат более 15 % легирующих элементов, в том числе не менее 8 % никеля или около 13 % марганца. В большинстве этих сталей содержание углерода не превышает 0,2 %. Легирующие элементы (особенно никель), растворяясь в аустените, очень сильно повышают его устойчивость. При этом не только сдвигается вправо область перлитного распада, но и точка начала мартенситного превращения снижается в область отрицательных температур. В результате сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, сохраняет аустенитную структуру.

Стали ферритного класса содержат от 17 до 30 % хрома или не менее 2,5% кремния. Это малоуглеродистые стали, в которых процент углерода не превышает 0,2. Растворяясь в феррите, хром очень сильно повышает его устойчивость. Такие стали практически не имеют фазовых превращений при нагреве вплоть до плавления, то есть сохраняют ферритную структуру во всех интервалах температур.

К сталям карбидного (ледебуритного) класса относятся высокоуглеродистые (более 0,7 % С), легированные большим количеством карбидообразующих элементов, преимущественно вольфрамом, ванадием, молибденом, хромом. Легирующие элементы образуют с углеродом большое количество специальных карбидов. Уже в процессе кристаллизации стали образуются карбиды, входящие в состав эвтектики, напоминающей ледебурит. При охлаждении на в сталях карбидного класса, подобно сталям мартенситного класса, основа структуры получается мартенситной.

Микроструктура сталей различных классов в нормализованном состоянии показана на рис.2.

 

Риc.2. Микроструктуры сталей различных классов в нормализованном состоянии, увеличение 100:

а) перлит и феррит;
б) мартенсит игольчатый;
в) аустенит;
г) феррит;
д) бесструктурный мартенсит и карбиды.

Рассмотренная классификация легированных сталей условна и относится к случаю охлаждения на воздухе образцов небольших сечений. Меняя условия охлаждения можно в одной и той же стали получать различные структуры и свойства.

Свойства и применение легированных сталей

По назначению легированные стали разделяются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Стали перлитного класса с различным содержанием углерода нашли широкое применение как конструкционные материалы для изготовления различных конструкций и деталей машин. Для изготовления конструкций применяют преимущественно низколегированные стали с невысоким содержанием углерода, что обеспечивает им хорошую свариваемость.

Стали предназначенные для изготовления деталей машин и приборов, разделяют в зависимости от применяемой к ним термообработки на цементуемые (содержат не более 0,25 %С) и улучшаемые (0.25… 0,5%С). Детали из цементуемых сталей подвергают цементации, закалке и низкому отпуску. В результате получается твёрдая, износостойкая поверхность (HRC 56… 62), со структурой высокоуглеродистого мартенсита и более мягкая, вязкая сердцевина (НЕС 15…45) со структурой малоуглеродистого мартенсита.

Детали из улучшаемых сталей подвергают закалке в масле и высокому отпуску. Такая термообработка называется улучшением. Закалка даёт мартенситную структуру. Мартенсит при высоком отпуске распадается на сорбит., сочетающий достаточную прочность с повышенной вязкостью. Такие детали хорошо работают в условиях динамических нагрузок.

Стали, легированные кремнием, марганцем и некоторыми другими элементами и содержащие 0,5…0,65 %С, используются для изготовления пружин и рессор. Они подвергаются закалке и среднему отпуску на тростит, который обеспечивает хорошую упругость и прочность.

К перлитному классу принадлежат и шарикоподшипниковые стали. Это высокоуглеродистые стали, легированные небольшим количеством хрома (не более 1,5 %). Закалка и низкий отпуск обеспечивают им мартенситную структуру, прочность и износостойкость.

Кроме деталей машин из легированных сталей перлитного класса с высоким содержанием углерода (более 0,8 %) изготавливают режущий и мерительный инструмент. Такой инструмент подвергается неполной закалке и низкому отпуску. Приобретая высокую твёрдость и износостойкость, инструмент, однако, не обладает достаточной теплостойкостью. Некоторые марки перлитных сталей используют для изготовления инструмента для горячего деформирования. Пониженное по сравнению с другими инструментальными сталями содержание углерода (от 0,3 до 0,7%) позволяет получить достаточную вязкость, т.к. такой инструмент часто работает с ударными нагрузками.

Легирующие элементы в сталях перлитного класса не оказывают существенного влияния на структуру. В основном они способствуют увеличению прокаливаемости и тем самым дают возможность получить высокие механические свойства в деталях больших сечений.

Среди сталей мартенситного класса широкое применение находят стали, содержащие около 13 % хрома и до 0,4 % углерода. При содержании хрома более 12,5 % сталь становится коррозионностойкой. Стали этой группы хорошо сопротивляются атмосферной коррозии и коррозии в среде водяного пара, т.е. являются нержавеющими из них изготавливают различные детали машин, требующие повышенной прочности и коррозионной стойкости, а также некоторые виды инструмента. Упрочнение достигается закалкой в масле или на воздухе на структуру мартенсита. Отпуск в зависимости от назначения может быть высоким (для деталей машин) или низким (для инструмента).

Набольшее применение среди сталей аустенитного класса находят хромоникелевые стали, содержащие около 18 % хрома и 8.., 10 % никеля (углерода не более 0,2 %). Эти стали имеют более высокую коррозионную стойкость, чем хромистые стали мартенситного класса. В нормализованном состоянии эти стали имеют структуру, состоящую из аустенита и небольшого количества карбидов типа (FeCr)23C6. При нагреве под закалку (так называемая аустенизацня) карбиды растворяются в аустените, и при резком охлаждении в воде фиксируется однофазная аустенитная структура. Однофазные структуры характеризуются более высокой коррозионной стойкостью, т.к. в этом случае уменьшается вероятность образования микрогальванических пар, вызывающих электрохимическую коррозию. Закалка аустенитных сталей не является упрочняющей операцией.

Аустенитные стали используются как кислотостойкие для изготовления химической аппаратуры, а также для деталей машин и криогенного оборудования, работающего при температурах до -253 С. Стали этого класса могут использоваться и как жаростойкие, жаропрочные материалы.

Наиболее известными сталями ферритного класса являются высокохромистые стали, содержащие 17…30 % хрома и не более 0,2 % углерода. Они хорошо сопротивляются как электрохимической так и газовой коррозии при высоких температурах, т.е. являются кислотостойкими и жаростойкими (окалиностойкими). Недостатком этих сталей является низкая прочность и возникающая при перегреве (например, при сварке) крупнозернистость, которая не устраняется термической обработкой, Крупнозернистость придаёт сталям повышенную хрупкость. Используются эти стали преимущественно в отожженном состоянии.

Рассмотренные стали мартенситного, аустенитного и ферритного класса относятся с особыми свойствами.

Стали карбидного класса по назначению являются инструментальными. Они отличаются повышенной износостойкостью и теплостойкость (красностойкостью). Благодаря этому их используют для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Наилучшие режущие свойства стали приобретают после сложной термической обработки. Отожженные заготовки имеют структуру сорбитообразного перлита и карбидов. После механической обработки заготовок и придания инструменту необходимой формы он подвергается закалке и трёхкратному отпуску. Схема режимов термической обработки приведена.

С целью выравнивания температуры по всему сечению инструмента и в избежании его деформации производится подогрев до температуры около 800°С, а затем окончательный нагрев в расплавах солей до температур 1260… 1290 °С (для стали Р18). Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения карбидов и получения при нагреве высоколегированного аустенита. Это обеспечивает получение после закалки в масле (или на воздухе) высоколегированного мартенсита, обладающего высокой устойчивостью против отпуска, т.е. теплостойкостью. Часть карбидов, не растворившихся при нагреве, препятствуют росту зерна аустенита.

В процессе охлаждения часть аустенита превращается в мартенсит. Кроме того в структуре сохраняются не растворенные карбиды и некоторое количество остаточного аустенита, т.к. точка Мк лежит ниже нуля градусов и мартенситное превращение не заканчивается. Остаточный аустенит понижает твёрдость и режущие свойства, поэтому его присутствие в структуре недопустимо.

После закалки следует отпуск при температуре около 560 °С, при котором происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит с выделением дополнительного количества дисперсных карбидов. Это сопровождается увеличением твёрдости. Чтобы весь остаточный аустенит превратился в мартенсит, отпуск проводят 3 раза подряд с выдержкой по одному часу. Для инструмента простой формы можно делать после закалки обработку холодом и однократный отпуск при 560°С.

Твёрдость стали после закалки составляет HRC 62…63, а после трёхкратного отпуска HRC 64…65. Высокая твёрдость сохраняется при последующих нагревах в процессе работы до температур до 600 «С, что обеспечивает теплостойкость инструмента.

Также по теме:

Про дюралюмины. Состав и применение сплавов на основе Al-Cu-Mg.

Дилатометрия. Дилатометрические кривые.

svarder.ru