Глава 4 легированные стали

Легированной называется сталь, в которую для получения требуемых свойств специально при плавке вводят легирующие элементы: никель (Н), хром (X), кремний (С), марганец (Г), бор (Р), молибден (М), вольфрам (В), титан (Т), ванадий (Ф), азот (А), кобальт (К), ниобий (Б), алюминий (Ю), фосфор (П), медь (Д), селен (Е), бериллий (Л), цирконий (Ц) и др. Марганец и кремний присутствуют в сталях постоянными составляющими, а при содержании более 1% марганца и свыше 0,8% кремния считаются легирующими элементами.

Вводимые в сталь легирующие элементы изменяют ее механические и физико-химические свойства, что особенно выявляется только после термической обработке. Легирование может резко повысить прочность и твердость, увеличить прокаливаемость, уменьшить опасность появления трещин и коробления. Легированием можно придать стали ряд специальных свойств: жаропрочность, окалийностойкость, коррозиостойкость, кислотоупорность, немагнитность и др. Название легированных сталей определяется основными легирующими элементами, входящими в их состав. Например, хромистая, хромомарганцевая, хромоникелевая, хромоникельмолибденовая, хромоалюминевая, хромомарганцекремнистая (хромансиль), марганцевая, кремнистая и др.

Влияние легирующих элементов.

Хром — дешевый элемент, широко применяется, в конструкционных сталях он содержится до 3%. Повышает твердость и прочность, износоустойчивость при работе на трение, несколько понижает пластичность и вязкость, увеличивает прокаливаемость стали. Хром вводится в состав инструментальной легированной стали быстрорежущей. При содержании хрома свыше 13% сталь становится нержавеющей. Дальнейшее увеличение содержания хрома сообщает стали устойчивость против окисления в работе при высоких температурах. Хром также сообщает стали устойчивость магнитных свойств.

Никель - ценный легирующий элемент, в обычных конструкционных сталях он содержится от 1 до 5%, а в специальных, немагнитных - от 12% и выше. Придает стали прочность, высокую пластичность и вязкость, повышенную коррозиостойкость, уменьшает коэффициент трения и повышает износоустойчивость деталей при работе с магнитной лентой и другими фрикционными материалами (фрикционитом и т.п.). Для инструментальных легированных сталей не применяется.

Вольфрам - ценный легирующий элемент, в небольших (до 1,5%) количествах присутствует в легированных конструкционных сталях. Он повышает твердость и прочность стали, способствует образованию мелкозернистой структуры (положительное качество), но способствует повышению хрупкости стали, особенно в деталях со ступенчатым переходом формы (вал с фаянцем, буртиком и т.п.). Вольфрам в повышенных количествах (не более 22%) вводится в инструментальную легированную сталь для улучшения режущих свойств и является необходимым компонентом в быстрорежущих инструментальных легированных сталях. Вольфрам придает жаропрочность легированным сталям.

Молибден - ценный и дефицитный элемент. В небольших количествах (0,2...0,6%) он содержится в конструкционных легированных сталях, увеличивает прочность и твердость стали, но несколько снижает пластичность и вязкость, повышает хрупкость. В инструментальных легированных сталях (быстрорежущих) молибден повышает красностойкость. Самым ценным является повышение ее жаростойкости.

Ванадий - присутствует в конструкционных легированных сталях (0,1...0,3%),в инструментальных (0,15...0,65%) и быстрорежущих (до 2,5%) сталях. Повышает твердость, придает мелкозернистую структуру с повышенной упругостью и сопротивлением усталости.

Марганец - распространенный и дешевый легирующий элемент. Является неизбежной примесью. В конструкционных сталях его содержание составляет до 2%. При повышенном содержании марганца инструментальные легированные стали приобретают износоустойчивость и немагнитность, что очень ценно также для деталей МТЛ, работающих на трение и с магнитной лентой (направляющие стойки и др.). Один из необходимых элементов пружинных сталей.

Кремний - доступный и дешевый элемент, является неизбежной примесью стали. В конструкционных сталях его содержится до 2%. Он повышает прочность и упругость стали при сохранении вязкости (в рессорных и пружинных сталях). Повышенное содержание кремния в сталях (до 2...4%) увеличивает ее электросопротивление и магнитную проницаемость. Один из основных элементов электротехнических сталей трансформаторов, дросселей, сердечников статоров и роторов электродвигателей.

Ниобий и титан добавляют в легированные стали в небольших количествах (0,1...0,2%). Они предупреждают возникновение межкристаллической коррозии, сообщают мелкозернистое строение, благоприятно воздействуют на механические свойства сталей.

Алюминий вводят в сталь, которая подвергается азотированию для повышения твердости внешней оболочки, сохраняя мягкую сердцевину. Содержание 5... 6% алюминия придает легированной стали окалийностойкость, а содержание 12... 15% алюминия вводят в сплавы, применяемые для изготовления постоянных магнитов с высокими остаточной индукцией и коэрцитивной силой.

Бор в легированных сталях в очень малых количествах (до 0,002%). Он значительно увеличивает прокаливаемость стали и повышает ударную вязкость. Количество бора в 0,01% в жаропрочных сплавах повышает их жаропрочность. Легирование бромом повышает прочностные свойства после закалки и низкого отпуска.