Призначення легуючих елементів

 

Основним легуючим елементом є хром (0,8...1,2)%. Він підвищує прокалюваність , сприяє одержанню високої й рівномірної твердості сталі. Поріг холодноламкості хромистих сталей - (0…-100) ^oС.

Додаткові легуючі елементи.

Бор – 0,003%. Збільшує прокалюваність, а також підвищує поріг холодноламкості +20…-60^oС.

Марганець – збільшує прокалюваність, однак сприяє росту зерна, і підвищує поріг холодноламкості до (+40…-60) ^oС.

Титан (~0,1%) уводять для здрібнювання зерна в хромомарганцеві сталі.

Введення молібдену (0,15...0,46%)у хромисті сталі збільшує прокалюваємість, стихає поріг холодноламкості до –20…-120^oС. Молібден збільшує статичну, динамічну й утомну міцність сталі, усуває схильність до внутрішнього окислювання. Крім того, молібден знижує схильність до відпускної крихкості сталей, що містять нікель.

Ванадій у кількості (0.1…03) % у хромистих сталях подрібнює зерно й підвищує міцність і в'язкість.

Введення в хромисті сталі нікелю, значно підвищує міцність і прокалюваність, знижує поріг холодноламкості, але при цьому підвищує схильність до відпускної крихкості (цей недолік компенсується введенням у сталь молібдену). Хромонікелеві сталі, мають найкращий комплекс властивостей. Однак нікель є дефіцитним, і застосування таких сталей обмежено.

Значну кількість нікелю можна замінити міддю, це не приводить до зниження в'язкості.

При легуванні хромомарганцевих сталей кремнієм одержують сталь – хромансиль (20ХГС, 30ХГСА). Сталі мають гарне сполучення міцності й в'язкості, добре зварюються, штампуються й обробляються різанням. Кремній підвищує ударну в'язкість і температурний запас в'язкості.

Добавка свинцю, кальцію поліпшує оброблюваність різанням. Застосування зміцнення термічної обробки поліпшує комплекс механічних властивостей.

 

Розподіл легуючих елементів у сталі

 

Легуючі елементи розчиняються в основних фазах залізовуглецевих сплавів ( ферит, аустеніт, цементит), або утворять спеціальні карбіди.

Розчинення легуючих елементів відбувається в результаті заміщення атомів заліза атомами цих елементів. Ці атоми створюють у решітці напруги, які викликають зміну її періоду.

Зміна розмірів решітки викликає зміну властивостей фериту - міцність підвищується, пластичність зменшується. Хром, молібден і вольфрам зміцнюють менше, ніж нікель, кремній і марганець. Молібден і вольфрам, а також кремній і марганець у певних кількостях, знижують в'язкість.

У сталях карбіди утворюються металами, розташовані в таблиці Менделєєва лівіше заліза (хром, ванадій, титан), які мають менш добудовану d – електронну смугу.

У процесі карбідоутворення вуглець віддає свої валентні електрони на заповнення d – електронної смуги атома металу, тоді як у металі валентні електрони утворять металевий зв'язок, що спричиняється металевими властивостями карбідів.

При співвідношенні атомних радіусів вуглецю й металу більше 0,59 утворяться типові хімічні сполуки: Fe₃C, Mn₃C, Cr₂₃C₆, Cr₇C₃, Fe₃W₃C – які мають складну кристалічну решітку й при нагріванні розчиняються в аустеніті.

При співвідношенні атомних радіусів вуглецю й металу менш 0,59 утворяться фази впровадження: Mo₂C, WC, VC, TiC, TaC, W₂C – які мають просту кристалічну решітку й важко розчиняються в аустеніті.

Всі карбіди характеризуються високою твердістю і температурою плавлення.

4. Випадкові домішки.