Легирующие элементы и их влияние на свойства стали

Легированными называются стали, в состав которых кроме железа и углерода вводят легирующие элементы для придания стали особых свойств.

Легирующие добавки изменяют строение сплава в результате образования новых структурных составляющих. Легирующий элемент может вступить в соединение с другими элементами, образовывать сложные твердые растворы, присутствовать в виде самостоятельных фаз.

Сплавы легируют обычно несколькими элементами и тогда они называются сложнолегированными.

Основными легирующими элементами являются Mn, Si, Cr, Ni, W, Mo, Co, Ti, V (ванадий). и другие металлы.

Практически все легирующие элементы повышают твердость, прочность и износостойкость стали. Но каждый из легирующих элементов, кроме того, придает стали особые свойства.

Марганец (обозначается буквой Г) повышает прочность, износостойкость, а также глубину прокаливания стали при термической обработке.

Никель (Н) действует так же, как и марганец. Кроме того, он повышает электрическое сопротивление, что очень важно для элект­ротехнических изделий.

Хром (Х) повышает твердость, прочность, жаростойкость и коррозионную стойкость.

Вольфрам (В) уменьшает величину зерна, повышает твердость и прочность, улучшает режущие свойства стали при повышенной температуре.

Молибден (М) действует как вольфрам, а также повышает коррозионную стойкость.

Кремний (С) улучшает упругость стали.

Ванадий (Ф) повышает устойчивость к ударным нагрузкам.

Маркируются легированные стали буквами и цифрами. Цифры указывают химический состав. Первые цифры показывают примерное содержание углерода. Для конструкционных сталей ставятся две цифры – это сотые доли процента, для высокоуглеродистых инструментальных сталей ставится одна цифра – это десятые доли процента. Если в начале марки нет цифры, то это означает, что количество углерода составляет 1 % и выше.. После цифры ставится буква, обозначающая легирующий элемент. После буквы следует цифра, указывающая среднее содержание этого легирующего элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента меньше или около 1%, то за буквой цифра не ставится.

Например, сталь марки 12ХН3А содержит 0,12% углерода, около 1% хрома и 3% никеля. Буква А в конце означает, что сталь - высококачественная. Сталь 45ХН - это хромоникелевая сталь, содержащая 0,45% углерода, около 1% никеля и хрома.

В зависимости от входящих в состав сталей легирующих элементов их называют хромистыми, хромоникелевыми, ванадиевыми и т.д.

Конструкционные легированные стали

По назначению легированные стали, как и углеродистые, делят на конструкционные и инструментальные.

Конструкционные легированные стали используют в машиностроении для изготовления деталей машин и механизмов, работающих в тяжелых условиях. Их используют также в строительстве для изготовления элементов конструкций.

Тяжелонагруженные детали машин и механизмов изготавливают из хромистых и хромоникелевых сталей 20Х, 12Х2Н4А, 40ХН и др. Из них делают зубчатые колеса, оси, поршневые пальцы. Эти стали имеют высокую твердость, прочность, износостойкость.

Рессоры, пружины и другие детали, от которых требуются высокие упругие свойства, изготавливают из марганцевых 60Г, 65Г и кремниевых 55С2, 60С2 сталей.

Для изготовления подшипников применяют шарикоподшипниковые стали, обладающие высоким сопротивлением контактной усталости, высокой статической грузоподъемностью, износостойкостью и размерной стабильностью. Наиболее широко используются хромистые стали ШХ6 и ШХ15 (1% С, 1,5% Cr). Здесь буквой Ш обозначают шарикоподшипниковую сталь. Цифра указывает содержание хрома в десятых долях процента.