Надо Знать

добавить знаний



Легированная сталь



План:


Введение

Легированная сталь или специальная сталь - сталь, содержащая добавки других металлов с целью придания ей тех или иных свойств. Как легирующие элементы чаще всего применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден и ванадий, значительно реже - кобальт, титан, бериллий и другие металлы. В большинстве случаев легирующие элементы добавляются в незначительных количествах - десятые доли процента, но некоторые из них - от нескольких до 10-15% и даже больше. Названия легированных сталей происходят от названий легирующих элементов.

По степени легирования стали разделяют на низколегированные с содержанием легирующих элементов до 2,5%, среднелегированные - 2,5-10% и высоколегированные, где содержание легирующих элементов превышает 10%.


1. Цель легирования

Главная цель легирования подавляющего большинства сталей - повышение прочности за счет растворения легирующих элементов в феррите и аустените, образования карбидов и увеличения прогартовуваности. Кроме того, легирующие элементы могут повышать устойчивость против коррозии, теплостойкость, жаростойкость (окалиностийкисть), жаропрочность и т.д.. Такие элементы как хром, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан образуют карбиды, а никель, кремний, медь, алюминий карбидов не образуют. Марганец и никель снижают критические точки А 1 и А 3, а остальные - повышают. Кроме того, легирующие элементы уменьшают критическую скорость охлаждения при закалке, что необходимо учитывать при назначении режимов закалки (температуры нагрева и среды для охлаждения). При значительном количестве легирующих элементов может существенно измениться структура, что приводит к образованию новых структурных классов по сравнению с углеродистыми сталями.


2. Влияние легирующих элементов на свойства стали

  • Все легирующие элементы повышают прочность.
  • Легирующие элементы, которые образуют карбиды, измельчают зерно при кристаллизации.
  • Коррозионной стойкости, жаростойкости (окалиностийкости), жаропрочности, теплостойкости легирующие элементы оказывают лишь при значительном количестве в сталях (хром 8-13%, никель 8-12%, вольфрам, молибден более 5%).
  • Отдельные химические элементы:
Хром - при количестве более 13% дает коррозионной стойкости, более 5% - жаростойкости.
Никель - одновременно с прочностью повышает ударную вязкость, а также жаропрочность (более 8%).
Кремний - в рессорно-пружинных сталях придает упругость, а в высокотемпературных сталях - жаростойкости.
Марганец - способствует росту аустенитного зерна при перегреве.
Вольфрам и молибден - образуют труднорастворимые карбиды и за значительного количества (более 5%) оказывают стали теплостойкости.
Титан и ванадий - преимущественно для измельчения зерна и сдерживания его роста при нагревании.
В коррозионно-стойких сталях титан предотвращает межкристаллитной коррозии, алюминий повышает твердость при азотировании, а также жаростойкость.

3. Маркировка легированных сталей

Легированные стали маркируют с помощью букв и цифр. Легирующие элементы обозначаются буквами: Н - никель, Х - хром, К - кобальт, М - молибден, Г - марганец, Д - медь, Р - бор, Б - ниобий, С - кремний, В - вольфрам, Т - титан, Ф - ванадий, П - фосфор, А - азот.

Первые две или три цифры в начале маркировки показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а если одна цифра - то в десятых долях. Цифры, стоящие после букв, указывают на среднее содержание легирующего элемента сказывается этой буквой в процентах. Если углерода или легирующего элемента содержится около 1%, то цифры не относятся. Буква А в конце маркировки обозначает, что данная сталь относится к высококачественным.

Например:

  • сталь 35Х2ГСА имеет 0,35% углерода, 2% хрома, 1% марганца, 1% кремния. А - означает, что эта сталь высококачественная;
  • сталь 110Г13 содержит 1,10% углерода, 13% марганца;
  • сталь ХВ5 имеет 1% углерода, 1% хрома, 5% вольфрама;
  • сталь 9ХС содержит 0,9% углерода, 1% хрома, 1% кремния.

В высокоуглеродистых инструментальных сталях цифры, которые показывают содержание углерода, вообще упускаются, например марка Х12М означает сталь с содержанием 1,5 ... 1,7% С, 12% хрома и 0,5% молибдена. Некоторые легированные стали выделены в отдельные группы и обозначаются буквами: Ш - шарикоподшипниковые, Р - быстрорежущие, Е - для постоянных магнитов.


4. Классификация легированных сталей

4.1. По структуре в состоянии отжига

  • доэвтектоидной, с легированным ферритом и евтектоидом в структуре: стали 20ХНЗА; 18ХГТ; 40Х.
  • эвтектоидная, со структурой лишь евтектоиду: сталь 80Х.
  • заэвтектоидные, с евтектоидом и вторичными карбидами в структуре: стали 9ХС, ШХ15, ХВГ.
  • ледебуритного (карбидные): со структурой евтектоиду, эвтектических (первичных) и вторичных карбидов: стали Р18, Р14Ф4, Х12М.
  • аустенитные - структура легированный аустенит: стали 110Г13, 12Х18Н10Т.
  • ферритных - структура легированный феррит: стали 10Х17, 10х25.

4.2. По назначению

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

  • Конструкционные - применяют для изготовления деталей машин, при этом в этих сталях содержится хрома, марганца, кремния до 2%, никеля до 4%. Примеры конструкционных сталей:
Низкоуглеродистые, подвергающихся цементации : 15Х, 18ХГТ, 12ХНЗА, 25ХНР.
Середньовуглецеви, которые подвергаются улучшению: 35ХГСА, 40Х, 45Г2.
Рессорно-пружинные: 55С2, 60Г, 60С2ХФА, 65С2ВА.
Шарикоподшипниковые: ШХ9, ШХ15 (0,9% и 1,5% хрома соответственно).
Строительные : 10Г2С, 15ХСНД, 15ГФ.
  • Инструментальные стали применяют для различного инструмента. Они должны иметь высокую твердость и износостойкость.

Стали для инструмента:

Низкой теплостойкости (до 250 ? C): ХГ, 9ХС, ХВГ, ХВСГ.
Повышенной до 600 ? C теплостойкости ( быстрорежущие): Р9, Р6М5, Р9К5, Р14Ф4.

Стали для измерительного инструмента. Эти стали должны иметь высокую твердость, износостойкость и сохранять постоянство размеров. Для изготовления плиток, калибров, шаблонов применяют высокоуглеродистые хромистые стали, например, ХВГ, ХВ5. Чаще всего такие стали после закалки обрабатывают холодом (для полного превращения остаточного аустенита в мартенсит).

Стали для штампов:

Холодного деформирования средних размеров: 9ХС, Х6ВФ.
Холодного деформирования разных размеров, особенно высокоточных: Х12М, Х12Ф.
Горячего деформирования средних размеров: 5ХНТ, 5ХНВ.
Горячего деформирования больших размеров тяжелонагруженных: 4Х2В5МФ, 5Х3В3МФС.
  • Специальные стали (стали с особыми свойствами) применяют для работы в агрессивных средах, при высоких температурах, ударных нагрузках и т.д..

Коррозионно-стойкие стали имеют высокую коррозионную стойкость в химически активных газовых и жидких средах. Это достигается за счет большого содержания хрома (более 13%). Титан вводят в сталь для предотвращения межкристаллитной коррозии. Коррозионно-стойкие стали подразделяются на:

Хромистые 10х13, 40Х13, 10х25 (ферритной).
Хромоникелевые (аустенитные): 12Х18Н9, 10Х18Н10Т.

Жаростойкие и жаропрочные стали обладают способностью стали сопротивляться газовой коррозии при повышенных температурах и сохранять достаточную прочность при высоких температурах.

Жаростойкость обеспечивается легированием сталей хромом, кремнием и алюминием, которые образуют защитные пленки (Fe, Cr) 2 О 3, SiO 2, Al 2 O 3. К жаростойких сталей относятся легированные стали 25Х6С10, 40Х9С2, 15Х25Т, 12Х18Н10Т.

Жаропрочность достигается легированием тугоплавкими химическими элементами (хром, никель, молибден). Как правило, жаропрочные стали имеют и жаростойкость. Это стали 15Х2МФС, 15Х11МФ, 40Х10С2М, 10Х18Н10Т, 40Х15Н7Г7Ф2МС.

Износостойкая (аустенитная) сталь 110Г13Л ( сталь Гадфильда) используется для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного трения и высокого давления и ударов (например, траки гусеничных машин, детали дробилок, крестовины железнодорожных и трамвайных путей, черпаки землеройных машин). Характерная особенность марганцевого аустенита - способность сильно наклепуватись и превращаться в мартенсит, что приводит к повышению твердости и сопротивления износа.


5. Примеры использования

Примером высоколегированных сталей может служить вольфрамо-хромо-ванадиевая сталь с содержанием 18% W, 4% Cr и 1% V. Эту сталь называют швидкоpизальною, поскольку из нее производят режущие инструменты. Особенностью этой стали является то, что она не теряет своей твердости и прочности даже при 600 ? C.

Хромо-никелевая сталь с содержанием 18% Cr и 8% Ni в атмосфере воздуха не поддается коррозии. Эту сталь называют нержавеющей. Из нее делают нержавеющие ножи, ложки, вилки и т.д..

Знание химического состава, структуры и влияния легирующих элементов позволяет объективно оценить эксплуатационные свойства сталей, их рациональное применение и назначить необходимую термическую обработку.


Источники

  • Ф. А. Деркач "Химия" Л. 1968
  • В. Попович Технология конструкционных материалов и материаловедение. Львов. 2000.

См.. также


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам