Цели легирования

Структурные классы легированных сталей

Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на диаграмму состояния

Легирующие элементы (от лат. «ligo» – связываю) специально вводят в сталь для достижения требуемых свойств[37]. Легирующие элементы могут образовывать следующие фазы:

- твердые растворы (например, Mn и Ni в Fe);

- легированный цементит или специальные карбиды ((Fe, Cr)₃ C, W ₃ C и др.);

- интерметаллические соединения (Fe ₃ Ti, Fe ₇ W ₆ и др.).

Все легирующие элементы так или иначе влияют на диаграмму железо-цементит. Например, Mn и Ni расширяют область существования аустенита, делая его устойчивым вплоть до комнатной температуры, и сужают область феррита. При достаточно большом содержании этих элементов, сталь при комнатной температуре имеет аустенитную структуру (и становится парамагнитной). Никель является единственный элементом, который одновременно повышает прочность, пластичность и вязкость сталей.

Cr, Mo, W, V, Al, Si и др. сужают область существования аустенита и расширяют область феррита. При достаточно большом содержании этих элементов сталь не претерпевает a↔g-превращения, поэтому такие стали называют ферритными (их бесполезно закаливать).

Если g-область сильно сужена и a↔g-превращения протекают частично, то сталь называют полуферритной.

Fe, Mn, Cr, Mo, W, Nb, V, Zr и Ti образуют с углеродом высокопрочные твердые карбиды (чем правее металл в этом ряду, тем прочнее карбид). Путем введения этих элементов сталь можно сделать более износостойкой и жаропрочной. Наиболее важное значение имеют карбиды вольфрама, молибдена и титана, которые устойчивы при температурах до 600…1000 ^оС. На основе этих карбидов изготавливают быстрорежущие стали и твердые сплавы, используемые при изготовлении резцов, фрез, сверл и т. д.

Исходя из структуры, получаемой после охлаждения на воздухе небольших образцов, нагретых до температуры 900 ^оС, различают следующие классы легированных сталей: перлитный, бейнитный, мартенситный, ферритный, аустенитный и карбидный (ледебуритный)*. Стали перлитного и бейнитного класса содержат сравнительно небольшое количество легирующих элементов; мартенситные – больше, а ферритные, аустенитные и карбидные – еще большее количество легирующих элементов.

1. Достижение мелкозернистой структуры для повышения механических свойств (прочности, твердости, пластичности, вязкости);

2. Достижение специальных свойств (коррозионной стойкости, кислотоупорности, жаростойкости или жаропрочности, высокого электросопротивления, определенного коэффициента линейного расширения, особых магнитных свойств и т.п.);

3. Достижение лучших технологических свойств (обрабатываемости резанием, жидкотекучести, свариваемости и др.).

4. Увеличение прокаливаемости (уменьшение критической скорости закалки) с целью снижения закалочных напряжений, а, следовательно, снижения вероятности растрескивания и коробления закаливаемых деталей.