Какое влияние оказывает хром на свойства стали
Содержание:
- Влияние хрома на структуру и свойства стали
Влияние хрома на структуру и свойства стали
- Влияние хрома на структуру и свойства стали Хром является мощным карбидообразующим элементом. Используя углерод, он производит различные карбиды, которые являются гораздо более мощными и стабильными, чем cementite. In сталь, карбид хрома всегда двойной или сложный. Часть хрома в нем заменяется железом или другими элементами. В перлитных сталях с Cr 1-2% следовые количества хрома поступают в карбиды и становятся в основном твердыми растворами.
Однако чем больше содержание хрома, тем больше карбидов образуется хромом. На рисунке 63 показано распределение хрома между карбидом и твердым телом 1535 ′ ^ 1390 Семь 910 ′%1 Восемь＆ =-» (С） Двенадцать ’1′ Я Простите? _ 1510 ′ Икс м / 820 ′ Ноль шесть является Один —. Один б л * б ИГ ИУС это хорошая вещь. — В 70. В i860 ′ Y） / Сплав на основе Fe-Cr 135 Раствор 0,8% С стали. Здесь горизонтальная ось показывает общее
количество хрома в Стали, а вертикальная ось показывает содержание хрома в карбиде в процентах от общего количества.
Людмила Фирмаль
Этот рисунок показывает, что чем больше содержание хрома в стали, тем сложнее она входит в состав карбидов. Например, при содержании 2% Cr стали около 15% ее общего объема составляет карбид, а в твердых растворах-около 2%. * Яв Установка. Диаграмма 62.Высокий хром х 10000 Сигма Вы также можете использовать его в качестве шаблона для вашего сайта. Cg X Диаграмма 63.Распределение hrosh между твердым раствором карбида и стали 0,8% C Если cr в 85% стали составляет 4%, то около 35%доступного хрома связывается с карбидами, а 65% — с твердым веществом solutions.
At 6.0% Cr в карбидах это уже более 50% (конечно, он содержит достаточное количество углерода), в твердых растворах менее 50% и т. д. В таблице. На рисунке показан примерный состав двойных карбидов хрома, образованных сплавом железо-хром. Карбиды Cr3C присутствуют в перлитных сталях с содержанием хрома до 5%.Такие карбиды более стабильны, чем цементит, и при нагревании они растворяются в Fe ^при гораздо более высокой температуре, чем точка Ast. Карбиды Cr7C3 и Cr2zC6 образуются из Мартенситных и карбидных сталей.
- Температура диссоциации этих карбидов составляет более 1200°.Карбид Cr3C2 главным образом наблюдается в высоких сплавах Хромия, феррохроме, Стеллите, etc. It является очень стабильным и поэтому полностью растворим только в жидком растворе хромистой стали 136 Таблица 26 Состав комплекса карбидов хрома карбид хрома Sg3S Sg7S3 Sg2zSv Sg3S2 Двойной карбид железа (Феррохром) СК (феррохром), Сз (феррохром) СК (феррохром) С2 Приблизительное соотношение железа и хрома в двойном карбиде 80%Фэ + 20%Хрома 40%Фэ + 60%СГ, 30%Фэ + 70%Хрома, 10%Кэ + 90%Пр В железоуглеродистых сплавах с высоким содержанием хрома очень трудно определить точный состав таких карбидов химическим анализом, так как одновременно могут существовать несколько типов карбидов, и результаты анализа фаз карбидных отложений часто очень различны.
В диаграмме состояния системы Fe-Cr, под влиянием углерода, область гамма-твердого раствора значительно увеличивается, близкая с более высоким содержанием, а не 12,8 кг, как двойные железо-хромовые сплавы. Это объясняется тем, что углерод действует противоположно хрому, то есть увеличивает точку А4, понижая точку L3, и даже в присутствии углерода часть хрома связывается с карбидами. Хром был истощен. 図 фиг, это диаграмма влияния углерода на область FET железо－хромового сплава. Schematic схематическое изображение фиг. Из этого рисунка видно, что при 0.3% C область FeT закрывается на 18% Cg, а при 0.4% C она закрывается только на 25% Cg. Влияние хрома на критическую точку железоуглеродистого сплава показано на рисунке. 65.На рисунке показано, что при увеличении содержания хрома точка L4 резко уменьшается, при этом 12%
Cr почти сливается с точкой Az. Феррит, без фазы 700. Рисунок 64.
Людмила Фирмаль
Влияние углерода на расширение сплава Fe-Fe-Cr-137 Fe-Cr-Cr Преобразование. Под воздействием хрома точки Е и S увеличиваются и одновременно смещаются влево в сторону низкого содержания углерода. На рисунке 66 представлена структурная схема хромистой стали, которая показывает, что хром снижает концентрацию углерода в перлите и аустените. Например, если Cr равен 12%, то перлит содержит только 0,4° / 0 С, а максимальная растворимость углерода в аустените составляет около 1,0%.Верхний левый угол 1600. Одна тысяча триста -Понятия не имею.1200. Тридцать пять Я- икс 900. / / / （ 4. Один • Мне 1 год / Четыре： oC В • — Я. с — — — — — — — — — — — > В — ^1 •- «-. В £• £00 0 0,2 а * С8 0.6 1.0 1.2 1.У 1.6 1.8 г.0 2.2 с％ Диаграмма 65. Влияние хрома на диаграммы Fe-C Угол рисунка — это область Альфа-твердого раствора, не имеющая критической точки.
Правая сторона рисунка занята областью красного брикета или карбидной стали: в этом составе структура литой стали исчезает (ломается) после ковки, и в структуре кованой стали появляется большое количество избыточных карбидов. При изотермическом превращении аустенита хром значительно увеличивает инкубационный период и время полного разложения аустенита[71].
Кривая изотермического превращения аустенита хромистой стали, внешний вид которого составляет<0,5-0,8% Cr, практически не отличается от СОБР Кривая углеродистой стали и> 1,0%Cg, на рисунке показаны 2 минимальных значения аустенитной стабильности: 138 градусов Цельсия в диапазоне температур около 600 градусов на хромистую сталь Сталь красного Брита (карбида) и Sautectoid/сталь В температурном диапазоне образования игольчатых ферм превращение твердых тел составляет приблизительно 350°(рис.67). Основываясь на диаграмме изотермического превращения аустенита, перлит хромистой стали во время изотермического отжига, чтобы уменьшить время разложения аустенита, чтобы сфероидизировать карбид, он должен поддерживаться на уровне около 600°, затем 720-740°, чтобы уменьшить твердость.
Поскольку аустенит обладает наибольшей стабильностью при этой температуре, то при ступенчатом упрочнении эту сталь следует поддерживать на уровне 450°. Когда хромистая сталь нагревается, карбид хрома входит в твердый раствор при температуре выше, чем цементит, который ингибирует рост зерен аустенита. Поэтому хромистая сталь менее подвержена перегреву, чем простая углеродистая сталь. Из диаграммы системы Fe-Cr известно, что в чистых (двойных) железохромистых сплавах с повышенным содержанием хрома 7% критическая точка A3 уменьшается. Однако наличие в сплаве определенного количества углерода, то есть тройного сплава Fe_Cr_C, увеличивает критическую точку Ar даже при 1-2°/ocrr.
При термической обработке хромистой стали класса перлита хромом в каждой пропорции температура нагрева повышается на 20-25°по сравнению с обычной углеродистой сталью. Хром-проектированная сталь клонит облегчить хрупкость. Коэффициент чувствительности к скорости охлаждения при высокотемпературном отпуске закаленной хромистой стали достигает 1,5-2,0, поэтому для увеличения вязкости хромистую сталь после высокотемпературного отпуска следует быстро охлаждать (в масле). Фазовая диаграмма системы Fe-Cr показывает, что область Fe замкнута под воздействием хрома.
То есть хром является «ферритообразующим» элементом. Однако, например, в присутствии сложных сплавов с высоким содержанием углерода или легирующих элементов, расширяющих область FeT, хром значительно снижает скорость перехода Fe- » — Fea и повышает стабильность аустенита. То есть она способствует приобретению аустенитной организации. 1.6 2.0 г, и Диаграмма 66.Чертеж структуры хромовой стали. Сплавы серии Fe-Cr 139 При цементировании стали хром практически не влияет на глубину цементного слоя, но на поверхности цементных изделий из хромистой стали концентрация увеличивается.
Дао. 600. +00 ’J00′ Я Один И затем 1=** -. Конечно. ^ » «(на японском языке). ） >- ^- —. — 500. В0 300. с:^ * 600 400. МИ н (= 1 В О. 5HS С ЮО ч ч ч Рисунок 68. влияние хрома на критическую скорость упрочнения доэвтектоидных и эвтектоидных сталей Семь Десять U 3 Шесть Время Второй S5 х ^^ Один Один / Один / Диаграмма 67. С изотермической конверсии 1.0% хромистых сталей™аустенита диаграммы. 2.3%СГ (а) и 0,5% с; 2.2%СГ(б） Содержание углерода и избыток эвтектоидного карбида выделяется, как правило, в виде отдельных шариков, затвердевшая твердая корочка хорошо прижимается к носу. При закалке стали хром резко увеличивает склонность к переохлаждению аустенита и значительно снижает скорость критического упрочнения (рис. 68).
Так, например, в изделиях диаметром 25-30 мм из машиностроения и инструмента хромистую сталь с содержанием хрома более 1% можно закалить не водой, а маслом. Снижая критическую скорость закалки, хром повышает прокаливаемость стали. На рисунке 69 показан график образца baked™диаметром 50 мм, изготовленного из хромистой стали 30х. Ага. 15 10 S OS s / I расстояние от центра, мм 69. 50X (U) хромистая сталь и 50 (2) углеродистая сталь 140 закаливаемость хромистой стали Из углеродистой стали 50: образцы из хромистой стали получат сквозное упрочнение, образцы из углеродистой стали только затвердеют на глубину 8-10 мм.
При упрочнении хромированной конструкционной стали в перлитном классе 0,3-0,5% с хром оказывает слабое влияние на положение и остаточное количество точки мартенсита Пятнадцать с х х / Рисунок 70. Влияние хрома на количество точечного ми и остаточного аустенита при закалке стали при 1,0% С 200. Куо г Cg.％ Аустенит в структуре закаленной стали. Однако в хромистых инструментальных сталях, где Cr больше 1% 0,9-1,0% C, точка мартенсита уменьшается на 30-50°(в зависимости от температуры нагрева перед закалкой), уменьшая количество удерживаемого аустенита.
С увеличением содержания хрома, он непрерывно increasing. So, в Стали, где Cr составляет 12% , А C — 2%, после закалки при 1100-1150° вы обнаружите до 80% остаточного аустенита (остаточного мартенсита и карбидов). На рис. 70 приведена диаграмма влияния хрома на мартенситную точку превращения и количество остаточного аустенита в инструментальной стали, закаленной при 800-820°с-1,0%.
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
Влияние химических элементов на свойства стали.
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.
Влияние основных легирующих элементов на свойства стали.
Влияние отдельных компонентов на свойства стали
Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.
Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15. 20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей.
Влияние примесей
Постоянные (технологические) примеси являются обязательными компонентами сталей и сплавов, что объясняется трудностью их удаления как при выплавке (Р,S). Так и в процессе раскисления (Si, Mn) или из шихты – легированного металлического лома (Ni, Cr и др.).
К постоянным примесям относят углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, а также кислород, водород и азот.
Углерод
При увеличении содержания углерода до 1,2% возрастают прочность, твердость, порог хладноломкости (0,1%С повышает температуру порога хладноломкости на 20С), предел текучести, величина электрического сопротивления и коэрцитивная сила. При этом снижаются плотность, теплопроводность, вязкость, пластичность, величины относительных удлинения и сужения, а также величина остаточной индукции.
Существенную роль играет то, что изменение физических свойств приводит к ухудшению целого ряда технологических характеристик – таких, как деформируемость при штамповке, свариваемость и др. Так, хорошей свариваемостью отличаются низкоуглеродистые стали. Сварка средне и особенно высокоуглеродистых сталей требует применения подогрева, замедляющего охлаждение, и других технологических операций, предупреждающих образование трещин.
Марганец
Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повышения степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической примесью, если его содержание, не превышает 0,8%. Марганец как технологическая примесь существенного влияния на свойства стали не оказывает.
Кремний
Кремний также вводят в сталь для раскисления. Содержание кремния как технологической примеси обычно не превышает 0,37%. Кремний как технологическая примесь влияния на свойства стали не оказывает. В сталях, предназначенных для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,12-0,25%.
Сера
Пределы содержания серы как технологической примеси составляют 0,035-0,06%. Повышение содержания серы существенно снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость. При горячем деформировании сталей и сплавов большое содержание серы ведет к красноломкости. Кроме того, повышенное содержание серы снижает свариваемость готовых изделий.
Фосфор
Пределы содержания фосфора как технологической примеси составляют 0,025-0,045%. Фосфор, как и сера, относится наиболее вредным примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания, даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хрупкость и порог хладноломкости и снижает пластичность и вязкость. Вредное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном содержании углерода.
Кислород и азот
Кислород и азот растворяются в ничтожно малом количестве и загрязняют сталь неметаллическими включениями (оксидами, нитридами, газовой фазой). Они оказывают отрицательное воздействие на свойства, вызывая повышение хрупкости и порога хладноломкости, а также снижают вязкость и выносливость. При содержании кислорода более 0,03% происходит старение стали, а более 0,1% – красноломкости. Азот увеличивает прочность и твердость стали, но снижает пластичность. Повышенное количество азота вызывает деформационное старение. Старение медленно развивается при комнатной температуре и ускоряется при нагреве до 250oС.
Водород
Увеличение его содержания в сталях и сплавах приводит к увеличению хрупкости. Кроме того, в изделиях проката могут возникнуть флокены, которые развивает водород, выделяющийся в поры. Флокены инициируют процесс разрушения. Металл, имеющий флокены, нельзя использовать в промышленности.
Влияние легирующих элементов
Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15-20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых.
Все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости.
Классификация
По применимости для легирования можно выделить три группы элементов. Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.
Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:
- влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;
- образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)7С3; (Сг,Ре)23С6; Мо2С и др.;
- образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом – Fе7Мо6; Fe3Nb и др.
По характеру влияния на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:
- элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);
- элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа, называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.
Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность. Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно увеличивает вязкость стали. Однако все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости. Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод, растворимость которого в аустените при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести. Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов. Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации. Легирующие элементы (исключение кобальт), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для многих аустенитных сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение. Карбидообразующие элементы: Fe – Mn – Cr – Mo – W – Nb – V – Zr – Ti (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве. Сталь, легированная этими элементами, при одинаковой температуре сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность. Интерметаллиды образуются при высоком содержании легирующих элементов между этими элементами или с железом. Примером таких соединений могут служить Fe7Mo6, Fe3Nb2 и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.
В следующей таблице показано влияние наиболее применяемых легирующих элементов на свойства стали.
Источник