Влияние легирующих элементов на свойства сталей

Легирующий элемент	Повышает	Понижает
Вольфрам	Твердость, красностойкость
Алюминий	Жаростойкость, окалиностойкость
Ванадий	Плотность, твердость, прочность	Размер зерна
Кобальт	Ударная вязкость, жаростойкость, магнитные свойства
Медь	Антикоррозионные свойства
Титан	Прочность, плотность, коррозийная стойкость	Размер зерна
Молибден	Коррозионная стойкость, окалиностойкость, красностойкость, прочность, упругость
Ниобий	Кислотоустойчивость, коррозионная стойкость
Хром	коррозионная стойкость, твердость, прочность, пластичность
Никель	Прочность, пластичность, ударная вязкость, прокаливаемость, устойчивость против коррозии	Коэффициент линейного расширения

Единый алгоритм для расшифровки сталей.

Группа химического состава	Углеродистые Если в марке нет букв легирующих элементов.	Легированные Если в марке есть буквы легирующих элементов: ХРОМ – Х, КРЕМНИЙ – С, НИКЕЛЬ – Н, КОБАЛЬТ – К, АЛЮМИНИЙ – Ю, МЕДЬ – Д, ТИТАН – Т, ВОЛЬФРАМ – В, ВАНАДИЙ – Ф, АЗОТ – А, БОР – Р, МАРГАНЕЦ – Г, МОЛИБДЕН - М
Назначение	Конструкционные Если марка начинается с двух цифр или букв Ст	Инструментальные Если марка начинается с одной цифры, или буквы«У»,или в начале марки цифр нет
Качество	Обыкновенного качества Если марка начинается с букв Ст	Качественные Если в начале марки нет букв Ст, а в конце нет буквы А	Высококачествен ные, если в конце марки есть буква А	Особо высокого качества если в конце марки есть буква Ш
Примерный химический состав	Содержание углерода в процентах (%)
Буквы Ст показывают, что содержание углерода по марке не определяется	Две цифры в начале марки показывает сотые доли % углерода	Одна цифра в начале марки или цифра после буквы «У»показывают десятые доли % углерода	Отсутствие цифр в начале марки показывает 1 % углерода
Содержание легирующих элементов в процентах %
Цифры после букв легирующих элементов показывает целую часть % данного элемента	Отсутствие цифр после легирующего элемента показывает 1 % данного элемента
Примерные свойства	Зависимость свойств от содержания углерода
	Если С<0,3%, то мягкая, вязкая, пластичная	Если С=0,3-0,6%, то наиболее удачное сочетание всех свойств, особенно прочности и пластичности	Если С>0,6%, то прочная, твердая, хрупкая

Важно! Сталь – основной сплав, применяемый в металлообработке. Знать его получение, свойства, уметь изменять эти свойства различными способами, увеличивая диапазон его эксплуатационных качеств - профессионально необходимо.

IV. Термическая обработка Ме (Т/О).

Т/О – тепловое воздействие на металл, состоящее из нагрева, выдержки и охлаждения.

Цель Т/О – изменить структуру, а значит, свойства металла.

Способы Т/О:

1. Объемная;

2. Поверхностная;

3. Химико-термическая;

4. Термо-механическая;

5. Электро-термическая;

Нагрев при т/о назначается для получения 100%-го аустенита.

Выдержка назначается для равномерного прогрева изделия по всему объему, выравнивания внутреннего строения.

Охлаждение назначается для перевода аустенита в одну из следующих составляющих:

 

Рис. Микростуктуры, полученные в результате нагрева и охлаждения стали марки 40 с различной скоростью

 

1. Перлит + Феррит

2. Аустенит

3. Мартенсит

4. Троостит

5. Сорбит

6. Феррит+ Перлит

Виды т/о

 

	Отжиг	Нормализация	Закалка	Отпуск
Опреде- ление	Процесс т/о, заключается в нагреве до определенной t^o, выдержке при этой t^o и медленном охлаждение в печи.	Нагрев на 30-50^0 выше линии GSE, выдержка и охлаждение на воздухе.	Нагрев на 30-50^0 выше линии GSK, выдержка и быстрое охлаждение (в воде или минеральных маслах).	Нагрев до t^o ниже линии PSK, выдержка и охлаждение.
Цель	¯твердости, улучшение обрабатываемости, изменение формы и размера зерна, выравнивание химического состава, снятие внешних напряжений.	­ твердость, ¯вязкость, измельчить структуру.	­ твердость, ­ прочность, ¯ вязкость, ¯ пластичность убираются мелкие ферритные включения, образуется мартенсит.	Более равномерная структура, снижение внешних напряжений, ­ вязкости ­ пластичности.
График

Закаливаемость – способность стали закаливаться на мартенсит.

Прокаливаемость – глубина проникновения закаленной зоны.

Улучшение – закалка + высокий отпуск.

Естественное старение – отпуск при невысоком нагреве (120^о-150^оС) и выдержка при комнатной температуре более 3^х месяцев.

 

С помощью диаграммы состояния «Fe-C» можно определить температуру нагрева сплава, структурные составляющие и свойства, ожидаемые после т/о.
Химико-термическая обработка сталей (ХТО).

ХТО – совмещенный процесс химического и механического воздействия, заключается в равномерном нагреве и насыщении поверхности металла каким-либо химическим элементом.

Цель – изменение свойств поверхностных слоев без изменения свойств сердцевины.

В основе ХТО лежат 4 процесса:

1. Диссоциация – образование активных атомов в насыщающей среде;

2. Адсорбция – поглощение активных атомов поверхностным слоем металла;

3. Диффузия – проникновение адсорбированных атомов вглубь металла;

4. Образование и рост новой фазы

Виды ХТО.

Наименование	Насыщающий элемент	Приобретенные механические свойства	применение
Цементация	Углерод	Износостойкость, твердость, выносливость при изгибе и кручении.	Детали, работающие при давлении и трении.
Азотирование	Азот	Антикоррозионность, твердость, износостойкость	Детали, требующие устойчивости при морозе
Цианирование (нитроцементация)	Углерод и азот	Стойкость к короблению, износостойкость	Для деталей сложной формы
Борирование	Бор	Стойкость в абразивных средах, высокая твердость, коррозионная стойкость	Для повышения износостойкости деталей нефтяных насосов, штампов и др.
Алитирование	Алюминий	Жаростойкость	Детали разливочных ковшей, чехлы термопар, клапаны
Хромирование	Хром	Окалиностойкость, износостойкость	Детали паровых турбин, насосов и т.п.