Легированные стали и сплавы

Цель работы: изучить классификацию, микростроение, маркировку легированных сталей и сплавов, влияние легирующих элементов на свойства материала, знать области применения этих сталей и сплавов.

Краткие сведения из теории

Промышленностью выпускаются разнообразные по назначению стали, отличающиеся по химическому составу и свойствам. Многообразие сталей необходимо для машиностроения и приборостроения в связи с тем, что машины, приборы и отдельные их узлы и детали работают в различных условиях: при высоких и низких температурах, в коррозионной и абразивной среде, в условиях трения скольжения и качения, ударных и знакопеременных нагрузок и т. д. Для придания сталям особых свойств, удовлетворяющих требованиям эксплуатации, в их состав вводят легирующие добавки в разных количествах и сочетаниях.

Стали, в которые для получения требуемых свойств специально вводят легирующие элементы, называют легированными (специальными) сталями. Легирующие элементы (от греческого слова «лега» - сложное) в отличие от других примесей (постоянных, скрытых или случайных), присутствующих в сталях, вводятся специально для достижения необходимого результата.

1.Влияние легирующих элементов на свойства сталей

Легирующие элементы оказывают разное влияние на свойства сталей. Однако, для всех классов легированных сталей можно выделить следующие характерные черты легирования.

Большинство легирующих элементов повышают прокаливаемость стали. Это связано со способностью легирующих элементов замедлять скорость распада аустенита в районе перлитного превращения, что выражается смещением линий на диаграмме изотермического распада аустенита вправо (см. лабораторную работу №9).Наиболее сильно повышают прокаливаемость хром, никель, молибден, марганец.

Все легирующие элементы кроме марганца и бора уменьшают склонность аустенитного зерна к росту. Избыточные карбиды, образующиеся при легировании и не растворенные в аустените, тормозят рост зерна. Это ведет к измельчению зерна. Наиболее сильно измельчает зерно легирование такими элементами как хром, вольфрам, ванадий, титан.

Легирующие элементы повышают прочностные свойства сталей. Это вызвано тем, что растворение легирующих элементов в феррите происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов, которые отличаются размерами и строением. Это вызывает внутренние напряжения в решетке, что и приводит к упрочнению. Кроме того, при легировании часто происходит образование карбидов легирующих элементов, которые повышают прочностные свойства сталей. И как уже было сказано, легирующие элементы измельчают зерно, что улучшает свойства сталей.

Из-за большой прокаливаемости закалку легированных сталей можно проводить в менее резких, чем у обычной стали охладителях (масле, воздухе), что уменьшает коробление и опасность возникновения трещин.

Все легирующие элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существования его аллотропических модификаций, т.е. сдвигают критические точки по температурной шкале. Легирующие элементы могут расширять область существования -модификации (аустенита) (никель, марганец и др.) или сужать ее (хром, вольфрам, молибден, ванадий, титан и др.). Сплавы на основе железа, в которых расширена -область и стабильно существует от комнатных температур до температуры плавления, называются аустенитными. Сплавы же со суженой -областью и увеличенной α- областью (ферритом) называются ферритными.

Важное значение имеет влияние легирующих элементов на порог хладноломкости, что характеризует склонность стали к хрупкому разрушении. Наиболее сильно снижает порог хладноломкости никель, уменьшая тем самым вероятность хрупкого разрушения.

Легирующие элементы влияют на положение температурного интервала мартенситного превращения, что в свою очередь отражается и на количестве остаточного аустенита, которое фиксируется в закаленной стали. А, как известно, наличие остаточного аустенита сильно влияет на прочностные свойства стали.