Влияние легирующих элементов на свойства стали

Влияние легирующих элементов на свойства стали

Легирующие элементы вводят в сталь для повышения её конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением никеля).

В значительной степени повышению конструктивной прочности при легировании стали способствует увеличение прокаливаемости.

Высокая конструкционная прочность стали обеспечивается рациональным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легирование (за исключением никеля) после достижения необходимой прокаливаемости приводят к снижению вязкости, и способствует хрупкому разрушению стали.

Хром в количестве до 2 % оказывает благоприятное влияние на механические свойства конструктивной стали: повышает прочность, твердость, вязкость, износостойкость, улучшает режущие способности, повышает коррозионную стойкость, пластичность, но понижает теплопроводность.

Никель – наиболее ценный элемент. Его вводят в количестве от 1 до 5 %. Повышает прочность, твердость, вязкость при низких температурах, прокаливаемость и коррозионную стойкость, при этом незначительно снижает пластичность.

Марганец вводят в сталь до 1,5 %. Он заметно повышает предел текучести стали, но делает сталь чувствительной к перегреву.

Кремний значительно повышает предел текучести стали и при содержании более 1 % снижает вязкость и повышает порог хладноломкости.

Молибден и вольфрам в количестве 0,2 – 0,4 % и 0,8 – 1,2 % соответственно, в комплексно-легированных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокаливаемость и улучшают некоторые другие свойства.

Ванадий и титан вводят в небольшом количестве (до 0,3 % V и 0,1 % Ti) в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна.

Повышенное содержание ванадия, молибдена и вольфрама в конструкционных сталях недопустимо из-за образования труднорастворимых при нагреве карбидов этих элементов.

Бор вводят для увеличения прокаливаемости и в очень небольших количествах (0,002 – 0,005 %).

Классификация легированных сталей

Легирование стали классифицируют по следующим признакам: назначение, содержание легирующих элементов, структура, состав, качество.

В зависимости от назначения различают стали:

· конструкционные, идущие на изготовление деталей машин;

· инструментальные, идущие на изготовление инструмента;

· стали и сплавы с особыми физическими и химическими свойствами.

В зависимости от количества легирующих элементов различают стали

· низколегированные, если суммарное содержание легирующих элементов не превышает 2,5%

· среднелегированные, если суммарное состояние составляет 2,5-10 %;

·  высоколегированные, если суммарное содержание легирующих элементов превышает 10%.

По качеству легированные стали подразделяют на:

· качественные (до 0,04 % S, до 0,035 % P);

· высококачественные (до 0,025 % S, до 0,025 % P);

· особо высококачественные (до 0,015 % S, до 0,015 P).

В зависимости от структуры различают стали в нормализованном состоянии (перлитный, мартенситный, аустенитный классы) и стали после отжига, т.е. в равновесном состоянии (доэвтектоидные, эвтектоидные, ледебуритные, в структуру которых входят первичные карбиды).

В зависимости от состава различают стали хромистые, содержащие хром; хромоникелевые – хром и никель; хромоникелемолибденовые – хром, никель, молибден и т.д.

Влияние легирующих элементов на свойства стали

Легирующие элементы вводят в сталь для повышения её конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением никеля).

В значительной степени повышению конструктивной прочности при легировании стали способствует увеличение прокаливаемости.

Высокая конструкционная прочность стали обеспечивается рациональным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легирование (за исключением никеля) после достижения необходимой прокаливаемости приводят к снижению вязкости, и способствует хрупкому разрушению стали.

Хром в количестве до 2 % оказывает благоприятное влияние на механические свойства конструктивной стали: повышает прочность, твердость, вязкость, износостойкость, улучшает режущие способности, повышает коррозионную стойкость, пластичность, но понижает теплопроводность.

Никель – наиболее ценный элемент. Его вводят в количестве от 1 до 5 %. Повышает прочность, твердость, вязкость при низких температурах, прокаливаемость и коррозионную стойкость, при этом незначительно снижает пластичность.

Марганец вводят в сталь до 1,5 %. Он заметно повышает предел текучести стали, но делает сталь чувствительной к перегреву.

Кремний значительно повышает предел текучести стали и при содержании более 1 % снижает вязкость и повышает порог хладноломкости.

Молибден и вольфрам в количестве 0,2 – 0,4 % и 0,8 – 1,2 % соответственно, в комплексно-легированных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокаливаемость и улучшают некоторые другие свойства.

Ванадий и титан вводят в небольшом количестве (до 0,3 % V и 0,1 % Ti) в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна.

Повышенное содержание ванадия, молибдена и вольфрама в конструкционных сталях недопустимо из-за образования труднорастворимых при нагреве карбидов этих элементов.

Бор вводят для увеличения прокаливаемости и в очень небольших количествах (0,002 – 0,005 %).