Какие свойства стали придает ванадий
Впервые начала применяться во Франции в конце 19 в. К В. с. относятся мн. конструкционные стали , инструментальные стали, теплостойкие стали, легированные, наряду с др. хим. элементами, ванадием. Осн. особенности влияния ванадия на св-ва стали обусловлены процессами карбидо- и нитридообразования.
Ванадий, являясь сильным карбидообразующим элементом, образует с углеродом стали карбид ванадия, с азотом — карбонитрид ванадия или его нитрид. Все три фазы имеют однотипную гранецентрированную кубическую решетку типа NaCl. Образование дисперсных карбидов (нитридов) ванадия вызывает дисперсионное твердение (упрочнение) сталей.
Кроме того, легирование стали ванадием способствует получению мелкозернистой структуры , уменьшению склонности к перегреву, разупрочнению при отпуске, повышению износостойкости. Ванадиевая сталь характеризуется хорошими литейными св-вами, лучше сваривается, чем углеродистая сталь.
Дисперсионное твердение ванадиевой стали, происходит в горячекатаном и нормализованном состоянии или после закалки и высокого отпуска. Введение ванадия (0,05—0,1 %) в конструкционные стали повышает их прочность на 10—20%, не уменьшая заметно пластичность и ударную вязкость.
Лучшее сочетание мех. св-в у таких сталей наблюдается при совместном легировании азотом (0,015—0,025%) и ванадием (0,08—0,15%). Упрочнение достигает 25—30% при неизменной или даже меньшей склонности к хрупкому разрушению , обусловленному мелкозернистой структурой стали. При большем содержании ванадия существенно увеличивается хладноломкость конструкционной стали.
Улучшение при добавок ванадия
Добавка ванадия (около 0,04%) в кипящую сталь для глубокой вытяжки уменьшает склонность к деформационному старению. В инструментальных сталях марок 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ и др. содержание ванадия составляет 0,20%. Он уменьшает их склонность к перегреву и позволяет вследствие изменения т-ры нагрева под закалку регулировать толщину закаленного слоя.
Все быстрорежущие стали марок Р18, Р9, P6M3 и др. легируют ванадием (1—5%). С повышением содержания ванадия увеличивается количество его нерастворенных карбидов, что приводит к возможному уменьшению содержания карбидов вольфрама, т. е. уменьшению содержания дефицитного вольфрама в стали.
Применение сталей легированных ванадием
Вследствие этого широкое применение находят быстрорежущие стали повышенной производительности с уменьшенным содержанием вольфрама и повышенным содержанием ванадия (напр., стали марок Р9М4К8, Р12Ф4К5 и Р9, содержащие 9— 12% W и 2—4% V).
Ванадий содержат штамповые стала марок Х12Ф1, ХСВФ, 4Х5В4ФСМ, котельные теплостойкие стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 1Х11В2МФ, жаропрочные стали и жаропрочные сплавы, титана сплавы и др. Из В. с. изготовляют кузова автомобилей, изделия глубокой вытяжки, газопроводные трубы, пружины и рессоры, крановые колеса.
Применение ванадия сталь позволило уменьшить массу металлических строительных конструкций на 10—15%, повысить надежность и долговечность различных деталей и механизмов. Марки, хим. состав и мех. свойства В. с.
Лит.: Голиков И. Н., Гольдштейн М. И., М у р з и н И. И. Ванадий в стали. М., 1968; Гольдштейн М. И.
Статья на тему Сталь легированная ванадием
Источник
04.02.2015
Широкое применение ванадия в сталеплавильной промышленности в качестве одного из наиболее распространенных легирующих элементов основано на чрезвычайно сильном влиянии небольших добавок ванадия на свойства железных сплавов. При введении в сталь всего 0,15—0,25% V, резко повышается прочность, вязкость, сопротивление усталости и износоустойчивость металла. Небольшие добавки ванадия способствуют повышению предела текучести стали и увеличению отношения предела текучести к пределу прочности.
Причиной влияния, оказываемого уже небольшими добавками ванадия на свойства железоуглеродистых сплавов, является свойство ванадия образовывать прочные карбиды, выделение которых из твердого раствора в ванадистых сталях всегда предшествует выделению цементита. Фазовый состав системы Fe—V—С при комнатной температуре представлен на рис. 2.
Карбиды ванадия и сложные ванадийсодержащие карбиды выпадают из раствора в мелкодисперсном состоянии. Они трудно растворимы в аустените и слабо растворимы в феррите. Карбидные включения вызывают сильное измельчение структуры стали и чугуна и способствуют замедлению роста зерна при нагреве. Незначительная доля ванадия, не входящая в состав карбидов, образует твердый раствор в феррите, способствуя повышению растворимости в нем кислорода. Это благоприятно сказывается на очищении феррита от окисных включений по границам зерен, ослабляющих его механическую прочность.
В табл. 1 приведены данные, иллюстрирующие влияние ванадия на повышение прочности феррита в отожженных образцах мягкого железа, содержащего менее 0,01% углерода.
Измельчая зерно аустенита и затрудняя его рост при нагреве, дисперсные включения карбидов ванадия способствуют сохранению в закаленных изделиях достаточно высоких пластических свойств, что особенно важно при закалке крупных изделий. Присутствие ванадия в стали делает ее таким образом менее чувствительной к перегревам и менее склонной к образованию закалочных трещин. В низкоуглеродистых цементуемых сталях присутствие небольших добавок ванадия затрудняет рост зерна аустенита в процессе цементации. После закалки цементованный слой в ванадиевых сталях характеризуется высокой твердостью, в то время как подкорковые и глубинные слои металла остаются пластичными.
Одним из основных типов стали, при легировании которых применяется ванадий, является конструкционная сталь для изделий средних и крупных размеров, работающих со знакопеременными нагрузками. Например, хромистованадиевая сталь, содержащая около 1% Cr и 0,20% V, как в закаленном, так и отожженном состоянии характеризуется более высокими прочностными и пластическими свойствами, чем аналогичная по составу хромистомолибденовая сталь. Второй тип стали, содержащей ванадий, — инструментальная сталь, к которой предъявляется требование сохранения твердости при повышенных температурах. К числу наиболее важных сталей этого типа относятся быстрорежущие стали, содержащие от 1 до 2% V.
В последние годы ванадий получил применение в кипящей стали, предназначенной для изготовления листового металла, который в дальнейшем обрабатывается методами глубокой штамповки. Уже 0,03—0,05% V устраняет вызываемую азотом склонность к старению в листовом металле. Качество поверхности листа при этом не ухудшается как в случае устранения старения с помощью алюминия.
Сплавы тройной системы Co—Fe—V обладают высокими магнитными свойствами и в последнее время широко используются для изготовления постоянных магнитов. Эти сплавы содержат около 50% Co и 10% V; в отличие от высококоэрцитивных никельалюминиевых сплавов, не деформирующихся в горячем состоянии и не поддающихся обработке резанием, они хорошо куются и легко обрабатываются на станках.
Ванадий может с успехом применяться в строительных сталях, сталях для железнодорожного транспорта и других типах стали массового назначения. Наиболее употребительные низколегированные ванадиевые стали подробно рассмотрены в монографии Гудремона.
Последние годы отмечены бурным развитием производства тугоплавких, химически активных металлов IV, V и VI групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Некоторые из них, например титан и цирконий, применяются в высокочистом состоянии, а также являются основой большой группы новых технически важных сплавов. Производство этих металлов, которое еще в годы второй мировой войны не выходило за пределы лабораторных опытов, осуществляется теперь в крупных промышленных масштабах.
Ванадий как новый материал с особыми свойствами приобретает самостоятельное значение позднее других тугоплавких, химически активных металлов переходной группы. Это в значительной степени объясняется особенностями физических свойств ванадия, которые создают чрезвычайно большие технические трудности при получении ковкого металла. Литературные данные по применению ковкого ванадия и сплавов на его основе еще очень скудны.
В настоящее время подробно изучаются свойства сплавов на основе ванадия, а также возможности использования ковкого металла для улучшения свойств сплавов на основе других тугоплавких и химически активных металлов. Однако современные технические средства позволяют преодолеть трудности, стоящие на пути организации производства ковкого ванадия в промышленных масштабах. Поэтому можно ожидать, что ближайшие годы явятся переломными в истории ванадия и этот металл станет для современной техники таким же необходимым, как и другие тугоплавкие и химически активные металлы переходной группы.
- Историческая справка о ванадии
- Применение металлизованного сырья в литейном производстве
- Непрерывные процессы плавки
- Электрошлаковый процесс
- Шахтные печи
- Индукционная плавка
- Кислородно-конверторный процесс
- Трансформаторная сталь
- Подшипниковая сталь
- Конструкционные стали
Источник
Содержание:
- Влияние ванадия на структуру и свойства стали
Влияние ванадия на структуру и свойства стали
- Влияние ванадия на структуру и свойства стали Ванадий является сильным карбидообразующим веществом element. In сталь образует прочный и стабильный карбид с простой кубической решеткой, похожей на решетку хлорида натрия: VC 19% C и V4C3-14%C. In стали, количество карбидной фазы в присутствии ванадия значительно меньше, а в железоуглеродистой фазовой диаграмме ванадий смещается вправо от точки кодирования 5, то есть в сторону уменьшения количества перлита.
На рисунке 97 показано влияние ванадия на концентрацию углерода в перлите и температуру превращения перлита. При 0.8% V перлит будет содержать −1%C, а критическая точка A поднимется до 740°. При 1,5% V концентрация углерода в перлите возрастает до 1,1%, что соответствует точке А {750° и т. д. То есть, чем выше содержание ванадия в стали, тем больше углерода потребуется.
Чем больше его получается в структуре 100% перлита и более, тем выше температура превращения перлита.
Людмила Фирмаль
Значительное увеличение содержания углерода в перлите под влиянием ванадия объясняется тем, что, во-первых, высоким содержанием углерода в карбиде ванадия, а во-вторых, карбид ванадия не участвует в эвтектоидной структуре. Таким образом, с увеличением содержания ванадия в Стали количество перлита уменьшается, а общее»кажущееся» содержание углерода увеличивает влияние ванадия на структуру и свойства стали 207.
На рисунке 98 представлена структурная схема ванадиевой стали, показывающая, что чем выше содержание ванадия в стали, тем больше углерода требуется для получения перлита structure. In низкое содержание углерода и высокое содержание ванадия (верхний левый угол рисунка), весь углерод связан с карбидом ванадия, который не образует феррит и эвтектоид mixtures. As в результате структура стали представляет собой частицы феррита с вкраплениями карбида ванадия в состоянии полного отсутствия перлита. Рисунок 97.
- Влияние ванадия на конверсию Темера-Пуру и содержание углерода в Пальмере Рисунок 98.Структурная схема ванадиевой стали Ванадий вводят в перлитную сталь в очень малых количествах (обычно 0,15-0,25%), так как при высоком содержании ванадия он присоединяется к стабильному карбиду ванадия, который не проходит через нормальные quenching. It является аустенитной и не участвует в упрочнении, что снижает упрочняющие свойства стали.
Ванадий как очень сильный карбидообразующий элемент переходит в твердый раствор, содержащий железо, только тогда, когда в стали недостаточно углерода для образования сильного карбида ванадия. Кроме того, поскольку ванадий содержит примерно в 4 раза больше углерода, чем ванадий в карбиде, ванадий должен быть частично растворен в твердом состоянии, чтобы содержать в 4-5 раз больше углерода, чем железо. Но в силу определенных особенностей легирования перламутровой стали ванадий вводится в количестве не более 0,3%, поэтому в большинстве случаев он прекрасно сочетается с нерастворимыми карбидами. Я Р Я Пятнадцать Ага. * В 700. / Дао Падает температура.’Ц <20°
Под воздействием ванадия зерно стали резко дробится, поэтому ванадиевая сталь в состоянии литья, ковки и отжига имеет мелкозернистую структуру cracks.
Людмила Фирмаль
In закаленные стали, под влиянием ванадия, мартенсит более мелкий в форме иглы и менее хрупкий, чем свободные от ванадия стали. Ванадиевая сталь может нагреваться до гораздо более высоких температур, чем простой углерод, не опасаясь перегрева, поскольку она действует как барьер для связывания мелких частиц с крупными частицами, то есть для замедления роста частиц. Например, сталь с C 1,0% и V 0,15% можно закалить и мелкозернисто на 860-880°.С этой точки зрения особенно полезно вводить ванадий в Марки стали, которые склонны к росту зерна и перегреву.
Ванадиевая сталь после отжига и нормализации при одинаковом содержании углерода имеет несколько меньшую твердость, чем у обычной углеродистой стали, поскольку карбид ванадия при одинаковом содержании углерода дает меньше карбидов, чем цементит. Ванадий осаждается в виде равноосных зерен, а не пластин, что уменьшает границу раздела фаз с искаженной (отвержденной) атомно-кристаллической решеткой. Критическая скорость упрочнения и глубина упрочнения ванадиевой стали сильно зависят от температуры нагрева перед упрочнением.
При закалке до температуры на 30-40°выше точки L1_3 карбид ванадия не растворяется и ванадиевая сталь обжигается на меньшую глубину, чем углеродистая сталь. При высокой температуре нагрева карбид ванадия частично переходит в твердый раствор, что снижает скорость критической закалки, а упрочняющие свойства ванадиевой стали выше, чем у углеродистой стали(рис.99). Влияние ванадия на твердость закаленной стали также сильно зависит от температуры твердения. х Чем выше температура нагрева перед закалкой стали, тем больше растворяется карбид ванадия, а твердый раствор упрочняется углеродом, что повышает твердость закаленной стали steel. At нормальная температура закалки, карбид ванадия не растворяется.
Рисунок 99. 1,0%влияния ванадия на структуру и характеристики закаленной стали из стали с эффектом ванадия 209, который зависит от температуры закалки стали Тенсит обеднен углеродом, а твердость закаленной ванадиевой стали несколько ниже, чем у обычной углеродистой стали. Под воздействием менее 0,3% ванадия температура мартенситного превращения практически не изменяется, а количество удерживаемого аустенита незначительно reduced.
It имеет большое практическое значение при отверждении высокоуглеродистой стали. При отпуске закаленной стали ванадий повышает стабильность мартенсита и предотвращает затвердевание карбидов, образующихся при разложении мартенсита. Таким образом, ванадиевая сталь обладает повышенной стойкостью к отпуску по сравнению с углеродистой steel. In кроме того, чем выше температура закалки стали, то есть чем больше она проходит через твердый раствор карбида ванадия, тем выше температура отпуска и твердость ванадиевой стали сохраняется.
При закалке от средней температуры (на 20-30°выше критической точки-Ai_3) карбид ванадия не превращается в аустенит, поэтому твердость ванадиевой стали после отпуска почти такая же, как и у углеродистой стали. Низкоуглеродистые ванадиевые стали обладают отличной свариваемостью, поскольку ванадий прочно связывает углерод и газ с сильными соединениями (карбидами, нитридами и др.).), подавляет рост зерна, снижает аустенитную стабильность, предотвращает зонное затвердевание и растрескивание.
Скорость цементации стали при цементации и глубина цементируемого слоя ванадия до 0,3% практически не затрагиваются, но сердцевина цементируемого изделия из ванадиевой стали не сильно перегревается и в цементируемом слое, как правило, отсутствует цементирующая сетка. После затвердевания цементных изделий поверхность цементной корки из ванадиевой стали становится менее хрупкой и более износостойкой. Ванадий вводят в количестве 0,2-0,3% или менее в перлитные марки сталей для получения микроструктур и улучшения механических свойств. properties.
In в больших количествах (до 4-5%) ванадий вводится только в инструментальные стали карбидного класса, жаропрочные стали и некоторые сплавы со специальными физическими свойствами. properties. In кроме того, с улучшением механических свойств при введении ванадия в жаропрочную сталь резко снижается сопротивление окалины стали (на поверхности изделий из ванадиевой стали образуется рыхлая, запаздывающая, толстая корочка окалины).
Смотрите также:
Решение задач по материаловедению
Источник
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.
Источник