iCNC > Материалы > О влиянии легирующих элементов на свойства сплавов из стали и самой стали

О влиянии легирующих элементов на свойства сплавов из стали и самой стали

23.07.2015

02

Леги­ро­ван­ная сталь – сталь, в кото­рую поми­мо стан­дарт­ных при­ме­сей добав­ля­ют­ся в опре­де­лен­ной про­пор­ции леги­ру­ю­щие эле­мен­ты. Сре­ди них при­сут­ству­ют Cr, Ni, Mo, и дру­гие, а так­же Мn и Si в коли­че­стве, кото­рое зна­чи­тель­но пре­вы­ша­ет их нор­ма­тив­ное содер­жа­ние в каче­стве тех­но­ло­ги­че­ских при­ме­сей. Как пока­зы­ва­ет прак­ти­ка, луч­шие свой­ства леги­ро­ван­ной ста­ли обес­пе­чи­ва­ет ком­плекс­ное ее леги­ро­ва­ние.

Про­цесс леги­ро­ва­ния ста­ли и спла­вов из ста­ли про­во­дит­ся с целью улуч­ше­ния из тех­но­ло­ги­че­ских пока­за­те­лей. Посред­ством про­це­ду­ры леги­ро­ва­ния уда­ет­ся в зна­чи­тель­ной сте­пе­ни повы­сить уро­вень теку­че­сти, удар­ную вяз­кость, пара­метр отно­си­тель­но­го суже­ния, а так­же ско­рость закал­ки и пони­зить порог хлад­но­лом­ко­сти ста­ли или спла­ва. Кро­ме это­го леги­ро­ва­ние дает воз­мож­ность предот­вра­тить появ­ле­ние тре­щин на поверх­но­сти мате­ри­а­ла в даль­ней­шем. Леги­ро­ван­ная сталь неред­ко при­ме­ня­ет­ся в дета­лях боль­шо­го раз­ме­ра, то есть тех, сече­ние кото­рых пре­вы­ша­ет отмет­ку в 20 мил­ли­мет­ров, посколь­ку меха­ни­че­ские свой­ства этой ста­ли обыч­но на поря­док выше тех же свойств угле­ро­ди­стой ста­ли.

По пока­за­те­лям при­ме­ни­мо­сти для про­ве­де­ния леги­ро­ва­ния ста­ли и спла­вов ста­ли мож­но отме­тить три кате­го­рии эле­мен­тов:

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

image083

Зача­стую при­ме­ни­мость для леги­ро­ва­ния тех или иных эле­мен­тов из ста­ли опре­де­ля­ет­ся не столь­ко физи­че­ски­ми сооб­ра­же­ни­я­ми, сколь­ко эко­но­ми­че­ски­ми. Все леги­ру­ю­щие ком­по­нен­ты мож­но так­же клас­си­фи­ци­ро­вать на три раз­лич­ные кате­го­рии в зави­си­мо­сти от мето­да их воз­дей­ствия на пара­мет­ры ста­лей.

  • Вли­я­ние на пре­вра­ще­ния поли­морф­но­го типа;
  • Обра­зо­ва­ние с угле­ро­дом кар­би­дов;
  • Обра­зо­ва­ние интер­ме­тал­ли­дов с эле­мен­та­ми желе­за.

Все леги­ру­ю­щие эле­мен­ты по харак­те­ру их воз­дей­ствия на поли­морф­ные эле­мен­ты мож­но так­же раз­де­лить на две про­ти­во­по­лож­ные кате­го­рии:

  1. К пер­вой кате­го­рии отно­сят­ся эле­мен­ты Cr, W, Mo, V, Si, Al и дру­гие, обес­пе­чи­ва­ю­щие суще­ство­ва­ние в ста­лях при любых тем­пе­ра­тур­ных воз­дей­стви­ях леги­ро­ван­но­го фер­ри­та при содер­жа­нии их в долж­ном объ­е­ме.
  2. Ко вто­рой кате­го­рии отно­сят­ся Ni, Mn и дру­гие эле­мен­ты, кото­рые поз­во­ля­ют ста­би­ли­зи­ро­вать кон­цен­тра­цию леги­ро­ван­но­го аусте­ни­та в раз­ных тем­пе­ра­тур­ных усло­ви­ях.

Леги­ро­ва­ние фер­ри­та при­во­дит к повы­ше­нию его проч­но­сти. Заме­че­но, что наи­бо­лее про­дук­тив­но на повы­ше­ние его проч­но­сти вли­я­ют мар­га­нец и хром. При­ме­ча­тель­но, что чем мень­ше будет уро­вень зер­ни­сто­сти фер­ри­та, тем выше будут пока­за­те­ли его проч­но­сти. Обра­тим вни­ма­ние, что боль­шин­ство леги­ру­ю­щих эле­мен­тов про­во­ци­ру­ют измель­че­ние частиц фер­ри­та, а так­же пер­ли­та в ста­ли и ее спла­вах, что ока­зы­ва­ет нема­лое вли­я­ние на уве­ли­че­ние пока­за­те­ля вяз­ко­сти мате­ри­а­ла. Удар­ная вяз­кость сни­жа­ет­ся при содер­жа­нии в спла­ве или ста­ли леги­ру­ю­щих эле­мен­тов кро­ме нике­ля боль­ше допу­сти­мо­го уров­ня. Кро­ме это­го на мате­ри­а­ле могут начать появ­лять­ся тре­щи­ны. Имен­но никель ока­зы­ва­ет вли­я­ние на сни­же­ние уров­ня хлад­но­лом­ко­сти.

vysokolegirovannaja-stal-marki-4

Дав­но было заме­че­но, что леги­ро­ван­ный аусте­нит пара­маг­ни­тен, что при­во­дит к зна­чи­тель­но­му повы­ше­нию пока­за­те­ля теп­ло­во­го рас­ши­ре­ния. Леги­ру­ю­щие эле­мен­ты, а в част­но­сти угле­род, сред­няя рас­тво­ри­мость кото­ро­го в аусте­ни­те при обыч­ной тем­пе­ра­ту­ре дости­га­ет отмет­ки в 1%, повы­шая пока­за­те­ли проч­но­сти при воз­дей­ствии высо­ких тем­пе­ра­тур. Так­же в ито­ге начи­на­ет умень­шать­ся и пре­дел теку­че­сти.

Обра­ти­те вни­ма­ние, что имен­но леги­ро­ван­ный аусте­нит высту­па­ет как основ­ная состав­ля­ю­щая боль­шин­ства кор­ро­зи­он­но­стой­ких, жаро­проч­ных, а так­же немаг­нит­ных спла­вов. Более того, он доволь­но лег­ко накле­пы­ва­ет­ся, то есть доволь­но быст­ро креп­нет под дей­стви­ем дефор­ма­ции на холод­ную.

Все леги­ру­ю­щие эле­мен­ты, повы­шая стой­кость аусте­ни­та, спо­соб­ны зна­чи­тель­но сни­зить ско­рость закал­ки. Это отно­сит­ся ко все­му ряду леги­ру­ю­щих веществ кро­ме кобальта.В боль­шин­стве слу­ча­ев кри­ти­че­ская ско­рость закал­ки для всех аусте­нит­ных спла­вов сни­жа­ет­ся вплоть до отмет­ки в + 20 гра­ду­сов по Цель­сию.

При­ме­ча­тель­но, что кар­би­до­об­ра­зу­ю­щие веще­ства, кро­ме мар­ган­ца, пре­пят­ству­ют повы­ше­нию раз­ме­ра зер­ни­сто­сти аусте­ни­та во вре­мя воз­дей­ствия высо­ких тем­пе­ра­тур. Сталь, кото­рая была леги­ро­ва­на эти­ми ком­по­нен­та­ми при оди­на­ко­вой тем­пе­ра­ту­ре, будет обла­дать более высо­ким уров­нем дис­перс­но­сти кар­бид­ных эле­мен­тов, а так­же повы­шен­ной проч­но­стью.

Интер­ме­тал­ли­ды воз­ни­ка­ют при повы­шен­ном содер­жа­нии леги­ру­ю­щих доба­вок меж­ду дан­ны­ми эле­мен­та­ми или с желе­зом. Интер­ме­тал­ли­ды извест­ны повы­шен­ны­ми пока­за­те­ля­ми твер­до­сти и хруп­ко­сти.