Принципы легирования улучшаемой стали

Влияние углерода. В пределах растворимости углерода в феррите он повышает прочность феррита, но снижает его вязкость. За пределом растворимости углерод образует карбидную фазу и увеличивает прочность стали за счет дисперсионного упрочнения. Этот механизм упрочнения так же снижает вязкость стали. По уазанным причинам улучшаемые стали содержат до 0,5 % С. причем, чем выше содержание углерода, тем будет выше прочность и ниже вязкость стали.

Чтобы одновременно повысить прочность и вязкость стали, необходимо снизить содержание углерода и добавить в сталь другие ЛЭ, которые одновременно повышают обе характеристики. К таким элементам относятся Mn, Cr, Ni (рис.83, б) и элементы, способствующие измельчению зерна: Mo, Nb, V.

Влияние марганца. Марганец повышает вязкость феррита при концентрациях до 0,8 %. Недостатком марганца является то, что он способствует росту зерна. Он чаще всего является третьим легирующим элементом и вводят его в основном для увеличения прокаливаемости стали.

Марганец несколько сдерживает чувствительность стали к наличию концентраторов напряжений.

Влияние хрома. Хром является одним из основных легирующих элементов. Хром вводят до 1 %. При таких концентрациях он повышает вязкость и прокаливаемость, незначительно сдерживает рост зерна и при отпуске измельчает карбидную фазу. Он в сочетание с молибденом (~ 0,35 %) придает стали достаточно высокую прокаливаемости и мелкое зерно. Кроме того, молибден подавляет отпускную хрупкость, которая присуща хромистым сталям.

Иногда хром вводят в больших количествах, чтобы повысить прочность, снижая при этом содержание углерода. Стали с содержанием более 3 % хрома относятся к группе повышенной теплостойкости.

Влияние никеля. Никель является важным легирующим элементом конструкционной стали, так как он одновременно повышает прочность и вязкость стали и снижает температуру хрупко-вязкого перехода. Никель, в сочетании с хромом, значительно увеличивают прокаливаемость. Кроме того, никель сдерживает рост зерна и уменьшает чувствительность стали к наличию концентраторов напряжений.

Для того чтобы подавить отпускную хрупкость, в хромоникелевые стали вводят молибден.

Иногда, с целью экономии никеля, его в пределах 1 % заменяют 1 % марганца. Такие стали обладают большей прокаливаемостью, но марганец увеличивает содержание остаточного аустенита в закаленной стали.

Недостатком никеля является его высокая стоимость. Поэтому никельсодержащие стали применяется только в исключительных случаях.

Влияние кремния. Кремний – дешевый легирующий элемент. Но его использование в качестве легирующего элемента улучшаемых сталей ограничено тем, что он сильно увеличивает прочность феррита и при концентрациях выше 0,8 % снижает ударную вязкость. В сочетании с хромом и марганцем кремний вызывает отпускную хрупкость II-го рода. Но Si сдвигает интервал отпускной хрупкости I-го рода в область более высоких температур, что бывает важным для некоторых деталей, от которых требуется высокое значение условного предела текучести. Его чаще всего вводят в улучшаемую сталь для повышения прочности, снижая при этом содержание углерода. Такая замена дает иногда общее повышение вязкости.

Термическая обработка

Свойства конструкционных сталей определяются их структурой, которая формируется термической обработкой.

Высокую вязкость стали можно получить, имея мелкозернистый феррит, упрочненный дисперсными карбидами глобулярной формы. эту структуру называют - сорбит отпуска. Она получается в результате закалки стали на мартенсит и последующего отпуска при температуре 500...600 ^о С.