Принципы легирования улучшаемой стали

Влияние углерода. В пределах растворимости углерода в феррите он повышает прочность феррита, но снижает его вязкость. За пределом растворимости углерод образует карбидную фазу и увеличивает прочность стали за счет дисперсионного упрочнения. Этот механизм упрочнения так же снижает вязкость стали. По уазанным причинам улучшаемые стали содержат до 0,5 % С. причем, чем выше содержание углерода, тем будет выше прочность и ниже вязкость стали.

Чтобы одновременно повысить прочность и вязкость стали, необходимо снизить содержание углерода и добавить в сталь другие ЛЭ, которые одновременно повышают обе характеристики. К таким элементам относятся Mn, Cr, Ni (рис.83, б) и элементы, способствующие измельчению зерна: Mo, Nb, V.

Влияние марганца. Марганец повышает вязкость феррита при концентрациях до 0,8 %. Недостатком марганца является то, что он способствует росту зерна. Он чаще всего является третьим легирующим элементом и вводят его в основном для увеличения прокаливаемости стали.

Марганец несколько сдерживает чувствительность стали к наличию концентраторов напряжений.

Влияние хрома. Хром является одним из основных легирующих элементов. Хром вводят до 1 %. При таких концентрациях он повышает вязкость и прокаливаемость, незначительно сдерживает рост зерна и при отпуске измельчает карбидную фазу. Он в сочетание с молибденом (~ 0,35 %) придает стали достаточно высокую прокаливаемости и мелкое зерно. Кроме того, молибден подавляет отпускную хрупкость, которая присуща хромистым сталям.

Иногда хром вводят в больших количествах, чтобы повысить прочность, снижая при этом содержание углерода. Стали с содержанием более 3 % хрома относятся к группе повышенной теплостойкости.

Влияние никеля. Никель является важным легирующим элементом конструкционной стали, так как он одновременно повышает прочность и вязкость стали и снижает температуру хрупко-вязкого перехода. Никель, в сочетании с хромом, значительно увеличивают прокаливаемость. Кроме того, никель сдерживает рост зерна и уменьшает чувствительность стали к наличию концентраторов напряжений.

Для того чтобы подавить отпускную хрупкость, в хромоникелевые стали вводят молибден.

Иногда, с целью экономии никеля, его в пределах 1 % заменяют 1 % марганца. Такие стали обладают большей прокаливаемостью, но марганец увеличивает содержание остаточного аустенита в закаленной стали.

Недостатком никеля является его высокая стоимость. Поэтому никельсодержащие стали применяется только в исключительных случаях.

Влияние кремния. Кремний – дешевый легирующий элемент. Но его использование в качестве легирующего элемента улучшаемых сталей ограничено тем, что он сильно увеличивает прочность феррита и при концентрациях выше 0,8 % снижает ударную вязкость. В сочетании с хромом и марганцем кремний вызывает отпускную хрупкость II-го рода. Но Si сдвигает интервал отпускной хрупкости I-го рода в область более высоких температур, что бывает важным для некоторых деталей, от которых требуется высокое значение условного предела текучести. Его чаще всего вводят в улучшаемую сталь для повышения прочности, снижая при этом содержание углерода. Такая замена дает иногда общее повышение вязкости.