ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Легированные машиностроительные стали из "Материаловедение " Легирующие элементы вводят с целью повышения конструкционной прочности сталей, что достигается при их использовании в термически упрочненном состоянии — после закалки и отпуска. В отожженном состоянии легированные стали по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых. В связи с этим обеспечение необходимой прокаливаемости — первостепенное назначение легирования. Прокали-ваемость стали определяется ее химическим составом. Все легирующие элементы, кроме кобальта, повышают устойчивость переохлажденного ау-стенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прока-ливаемость. Для легирования обычно используют Мо, Мп, Сг, Si, Ni, V и микродобавки (0,002-0,005%) В. Эффективно повышает прокаливае-мость введение нескольких элементов хрома и молибдена хрома и никеля хрома, никеля и молибдена и т.д. При комплексном легировании высокие механические свойства можно получить практически в сечении любого размера, поэтому комплексно-легированные стали применяют для крупных деталей сложной формы. Возможность менее резкого охлаждения при закалке таких деталей уменьшает в них напряжения и опасность образования трещин. [c.257] Влияние легирующих элементов на механические свойства стали зависит от ее структурного состояния, которое определяется термической обработкой. Рассмотрим это влияние для двух структурных состояний стали. [c.257] Карбидообразующие элементы (Сг, Мо, W, V) увеличивают прочность связи атомов углерода с атомами твердого раствора, снижают термодинамическую активность (подвижность) атомов углерода, способствуют увеличению его концентрации в мартенсите, т.е. упрочнению. Некарбидообразующие элементы (Ni, Si, Си, Со), наоборот, увеличивают термодинамическую активность атомов углерода, снижая тем самым концентрацию углерода в твердом растворе. Особенно активно действует никель, предупреждая излишнюю хрупкость мартенсита. [c.258] Из приведенного соотношения следует, что упрочнение растет по мере увеличения концентрации растворенного легирующего элемента и различия в атомных радиусах железа и этого элемента. Наиболее сильно повышают твердость медленно охлажденного (нормализованного) феррита (рис. 9.8, а) Si, Мп, Ni, т.е. элементы, имеющие отличную от Fea кристаллическую решетку. Слабее влияют Мо, V и Сг, решетки которых изоморфны Fea. [c.258] Косвенное влияние связано с увеличением концентрации углерода в феррите отпущенной стали. Сильное упрочняющее действие оказывают кремний и карбидообразуюшле элементы, которые затрудняют распад мартенсита и выделение из него углерода в виде дисперсных частиц карбидов. При одинаковой температуре отпуска феррит легированной стали содержит больше углерода, чем феррит углеродистой стали. Чем сильнее выражена склонность легирующего элемента к карбидообразованию, тем позднее выделяется углерод из феррита и сильнее его упрочняющее действие. По степени увеличения косвенного влияния на прочность феррита легирующие элементы располагаются в следующей последовательности Сг, Мо, W, Nb, V, Ti. При совместном легировании упрочняющий эффект возрастает. [c.259] Карбидообразующие элементы упрочняют феррит также через карбидную фазу. В легированных сталях она более дисперсна, чем в углеродистых. Ее упрочняющее влияние растет по мере увеличения концентрации углерода и карбидообразующих элементов в стали. [c.259] Упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, большинство легирующих элементов снижают его ударную вязкость, особенно если их концентрация выше 1 % (рис. 9.8, б). Исключение составляет никель. Марганец и хром при содержании до 1 % повышают ударную вязкость при большей концентрации она снижается, достигая уровня нелегированного феррита примерно при 3 % Сг и 1,5 % Мп. [c.259] Большинство легирующих элементов измельчает зерно, что способствует повышению работы развития трещины и снижению порога хладноломкости. [c.259] При одинаковом размере зерна легирующие элементы оказывают индивидуальное влияние на температуру перехода в хрупкое состояние и работу развития трещины. Наиболее сильно понижает порог хладноломкости и увеличивает сопротивление распространению трещины никель. Введение 1 % Ni снижает порог хладноломкости после термического улучшения стали на 60-80°С и увеличивает критерий К с на 10—13 MПa м / . Такое благоприятное влияние обусловлено тем, что никель, снижая энергию взаимодействия дислокаций с атомами внедрения, облегчает их подвижность. Остальные элементы, за исключением небольших добавок хрома, марганца и молибдена, повышают порог хладноломкости. [c.260] Таким образом, для обеспечения высокой конструкционной прочности количество легирующих элементов в стали должно быть рациональным. [c.260] Хром вводят в количестве до 2 %. Растворяясь в феррите и цементите, он оказывает благоприятное влияние на механические свойства стали, что предопределило его широкое применение в конструкционных сталях. [c.260] Никель — наиболее ценный и в то же время наиболее дефицитный легирующий элемент. Его добавляют в количестве от 1 до 5 %. [c.260] Марганец вводят в количестве до 1,5% и используют нередко как заменитель никеля. Он заметно повышает предел текучести стали, однако делает ее чувствительной к перегреву, поэтому для измельчения зерна вместе с марганцем вводят карбидообразующие элементы. [c.260] Кремний — некарбидообразующ Й элемент, количество которого ограничивают 2 %. Кремний сильно повышает предел текучести, несколько затрудняет разупрочнение стали при отпуске снижает вязкость и повышает порог хладноломкости при содержании Si свыше 1 %. [c.260] Молибден и вольфрам — дорогие и остродефицитные карбидообразующие элементы, которые большей частью находятся в карбидах. Основная цель введения 0,2 - 0,4 % Мо и 0,8 - 1,2 % W — уменьшение склонности к отпускной хрупкости второго рода, улучшение свойств комплекснолегированных сталей в результате измельчения зерна, повышения стойкости к отпуску, увеличения прокаливаемости. [c.260] Ванадий и титан — сильные карбидообразователи. Их добавляют в небольшом количестве (до 0,3 % V и 0,1 % Ti) в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна. Повышенное содержание этих элементов (так же, как Мо и W) недопустимо, из-за образования специальных труднорастворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды снижают прокаливаемость и, располагаясь по границам зерен, способствуют хрупкому разрушению. [c.260] Бор добавляют в микродозах (0,002-0,005%) для увеличения прокаливаемости. Микролегирование бором эквивалентно введению 1 % Ni 0,5 % Сг или 0,2 % Мо. [c.260] Из сталей нормальной и повышенной прочности наибольшее применение в машино- и приборостроении имеют низкоуглеродистые (цементуемые) и среднеуглеродистые (улучшаемые) стали, содержаш ие, как правило, в сумме не более 5 % легирующих элементов. [c.261] Низкоуглеродистые (0,1 - 0,3 % С) легированные стали (табл. 9.7) используют в состоянии наибольшего упрочнения, т.е. после закалки и низкого отпуска со структурой (в зависимости от состава стали) низкоуглеродистого мартенсита или бейнита. Повышенные прочностные свойства сочетаются у них с хорошей пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезам и высоким сопротивлением развитию вязкой тре-ш ины. [c.261] Примечания 1. Концентрации марганца и кремния как постоянных примесеи не указаны. 2. Сера и фосфор находятся в пределах норм для качественных и высококачественных сталей. [c.261] Вернуться к основной статье