Вплив легуючих елементів на перетворення при відпустку
Легуючі елементи сповільнюють процес розпаду мартенситу: нікель, марганець – незначно; хром, молібден, кремній – помітно. Це пов'язане з тим, що процеси при відпустці мають дифузійний характер, а більшість елементів сповільнюють карбідне перетворення. Леговані сталі зберігають структуру мартенситу відпустки до температури 400…500oС. Тому що в легованих сталях зберігається значна кількість залишкового аустеніту, то перетворення його в мартенсит відпустки сприяє збереженню твердості до високих температур.
Таким чином, леговані сталі при відпустці нагрівають до більше високих температур або збільшують витримку.
Класифікація легованих сталей
Стали класифікуються по декількох ознаках.
1. За структурою після охолодження на повітрі виділяються три основних класи сталей:
перлітний;
мартенситний;
аустенітний
Стали перлітного класу характеризуються малим змістом легуючих елементів; мартенситного - більше значним змістом; аустенітного - високим змістом легуючих елементів.
Класифікація пов'язана з кінетикою розпаду аустеніту. Діаграми ізотермічного розпаду аустеніту для сталей різних класів представлені на мал.
Діаграми ізотермічного розпаду аустеніту для сталей перлітного (а), мартенситного (б) і аустенітного (в) класів
У міру збільшення змісту легуючих елементів стійкість аустеніту в перлітній області зростає, а температурна область мартенситного перетворення знижується.
Для сталей перлітного класу крива швидкості охолодження на повітрі перетинає область перлітного розпаду (мал.), тому утворяться структури перліту, сорбіту або троститу.
Для сталей мартенситного класу область перлітного розпаду зрушена вправо (мал.). Охолодження на повітрі не приводить до перетворення в перлітній області. Аустеніт переохолоджується до температури мартенситного перетворення й відбувається утворення мартенситу.
Для сталей аустенітного класу збільшення змісту вуглецю й легуючих елементів зрушує вправо область перлітного розпаду, а також знижує мартенситну крапку, переводячи її в область негативних температур (мал.). Сталь прохолоджується на повітрі до кімнатної температури, зберігаючи аустенітний стан.
2. По ступені легування (по змісту легуючих елементів):
низьколеговані - 2,5...5 %;
средньолеговані - до 10 %;
високолеговані - більше 10%.
3. По числу легуючих елементів:
трикомпонентні (залізо, вуглець, що легує елемент);
чотирьохкомпонентні (залізо, вуглець, два легуючі елементи) і так далі.
4. По сполуці:
нікелеві, хромисті, хромонікелеві, хромонікельмолібденові й так далі (ознака - наявність тих або інших легуючих елементів).
5. По призначенню:
конструкційні;
інструментальні (ріжучі, міряльні, штампові);
сталі й сплави з особливими властивостями (різко виражені властивості - нержавіючі, жароміцні й термостійкі, зносостійкі, з особливими магнітними й електричними властивостями).
Леговані сталі, що поліпшуються.
Леговані сталі, що поліпшуються, застосовують для більших і більше навантажених відповідальних деталей. Стали мають кращий комплекс механічних властивостей: вище міцність при збереженні достатньої в'язкості й пластичності, нижче поріг холодноламкості.
Хромисті сталі 30Х, 40Х, 50Х використовуються для виготовлення невеликих середньонавантажені деталей. Ці сталі схильні до відпускної крихкості, тому після високої відпустки охолодження повинне бути швидким.
Підвищення прокаливаности досягається мікролегуванням бором (35ХР). Введення в сталь ванадію значно збільшує в'язкість (40ХФА).
Хромокремністі (33ХС) і хромокремніймарганцеві (хромансил) (25ХГСА) стали мають високу міцність і помірну в'язкість. Стали хромансили мають високу зварюваність, з них виготовляють стикувальні зварені вузли, кронштейни, кріпильні й інші деталі. Широко застосовуються в автомобілебудуванні й авіації.
Хромонікелеві сталі 45ХН, 30ХН3А відрізняються гарної прокалюваністю, міцністю й в'язкістю, але чутливі до оборотної відпускної крихкості. Для зменшення чутливості вводять молібден або вольфрам. Ванадій сприяє здрібнюванню зерна.
Стали 36Х2Н2МФА, 38ХН3ВА ін. мають кращі властивості, ставляться до мартенситного класу, слабко розупрочнюються при нагріванні до 300…400oС. з них виготовляються вали й ротори турбін, важко навантажені деталі редукторів і компресорів.