ЛЕКЦИЯ 12

ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Легированные стали – стали, в состав которых дополнительно вводятся химические элементы с целью получения или изменения свойств. Эти элементы называются легирующими элементами.

Основными легирующими элементами являются Cr, Ni, Mn, Si, W, Mo, V, Al, Cu, Ti, Nb, Zr. Часто сталь легируют не одним, а несколькими элементами.

Легирующие элементы вводятся в стали в различных количествах. Их содержание может изменяться от сотых долей процента до нескольких десятков процентов. Суммарное количество легирующих элементов не должно превышать 50%. При большем содержании будет уже не сталь, а сплав на основе какого -либо элемента. В сталях должно быть более 50% железа.

Легирующие элементы, взаимодействуют с железом и углеродом и могут образовывать различные фазы в структуре.

Распределение легирующих элементов в сталях.

1. Легированный феррит – твердый раствор легирующего элемента и углерода в Fe_α. Формула: Fe_α (С, л.э.).

2. Легированный аустенит – твердый раствор легирующего элемента и углерода в Fe_γ; Формула: Fe_γ (С, л.э.).

3. Легированный цементит – химическое соединение железа, легирующего элемента и углерода. Формула (Fe, л.э.)₃ С.

4. Специальные карбиды – соединения легирующих элементов с углеродом. Формула: МеС; Ме_nC_m; (Ме-Ме)С.

Карбиды могут образовывать не все легирующие элементы.

Не образуют карбиды: Co, Ni, Cu, Al, Zn.

Образуют карбиды: Cr, V, Ti, Mn, Mo, Nb, Zr, W.

5. Соединения с неметаллами – оксиды Ме-О;нитриды Ме-N.

6. Интерметаллидные соединения -соединения легирующих элементов друг с другом (Ме_nMe_m).

Влияние легирующих элементов на свойства сталей.

Основные легирующие элементы повышают твердость и прочностьферрита. Наиболее сильно повышают прочность феррита кремний, марганец и никель.

Большинство легирующих элементов снижают ударную вязкость, кроме никеля. При этом никель понижает порог хладноломкости, уменьшая склонность к хрупкому разрушению.

Хром повышает механические свойства конструкционных сталей, а также повышает специальные свойства сталей, например, устойчивость против агрессивных сред. Хром вводят в легированные стали в количестве от 2 до 25%.

Никель и хром являются важнейшими легирующими элементами в конструкционных сталях.

Марганец и кремний повышают предел текучести стали.

Молибден и вольфрам являются сильными карбидообразующими элементами, поэтому они образуют карбиды и легированный цементит. Они способствуют измельчению зерна, повышают прочность ижаропрочность.

Для измельчения зерна также вводят ванадий и титан, но содержание этих элементов ограничивается ( до 0,3 – 0,5%), так как эти элементы образуют карбиды по границам зерен, которые могут способствовать хрупкому разрушению.

Влияние легирующих элементов на превращения в сталях.

1. Влияние на критические температуры железа А₃и А₄.При этом увеличивается вероятность образования в структуре сталей либо составляющей феррита, либо составляющей аустенита. В легированных сталях в отличии от углеродистых сталей аустенит может образоваться при комнатной температуре.

--элементы расширяющие α-область.

Они понижают температуру А₄ и повышают температуру А₃ .

К ним относятся Cr, Si, Al, V, W, Mo и другие. При этом в сталях образуется структура легированного феррита.

-- элементы расширяющие γ-область.

Ониповышают температуру А₄ и понижают температуру А₃.

К ним относятся Ni, Mn, Co, N. При этом в сталях образуется структура аустенита. Такие стали, как правило, обладают специальными свойствами, такими как жаростойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость.