53. Влияние легирующих элементов на свойства конструкционных легированных сталей.

Положительное влияние большинства легирующих элементов сказывается при небольших добавках (до нескольких процентов). Поэтому для каждого элемента существует предел, при превышении которого те или иные свойства ухудшаются.

Марганец до 0,8% неизбежно присутствует как раскислитель. Увеличивает прокаливаемость, упрочняет феррит, но способствует росту зерна, развитию отпускной хрупкости. В конструкционных сталях его количество ограничивают 1,5 процентами.

Кремний (тоже раскислитель) сильно упрочняет феррит, но снижает вязкость и пластичность. Придает стали теплоустойчивость, жаропрочность, антикоррозионные свойства, повышает предел упругости. Предельное количество - 2%.

Алюминий (раскислитель) образует большое количество субмикроскопических окислов, препятствующих росту зерна, но ухудшает прокаливаемость, способствуя распаду аустенита, так как частицы окислов служат центрами кристаллизации. Поэтому его содержание ограничивают сотыми долями процента. Только в азотируемые стали его добавляют до 1%.

Никель повышает одновременно прочность и пластичность конструкционных сталей, увеличивает прокаливаемость (у штампов и других массивных деталей), особенно в сочетании с хромом, вольфрамом, молибденом, повышает вязкость. Из-за дефицитности в конструкционные

стали его вводят в количестве от 1 до 5%, иногда частично заменяя марганцем.

Хром повышает прочность и пластичность. Образует очень мелкие карбиды, что особенно важно для инструментальных сталей. Снижает критическую скорость закалки, увеличивает прокаливаемость. Самый распространенный (из-за низкой стоимости) легирующий элемент. Содержание в конструкционных сталях – не более 2%.

Молибден и вольфрам – дорогие и остродефицитные карбидообразующие элементы. Измельчают зерно, уменьшают склонность к отпускной хрупкости, повышают стойкость против отпуска, увеличивают прокаливаемость. Предельное содержание молибдена – 0,4%, вольфрама – 1,2%.

Ванадий и титан – сильные карбидообразующие элементы. Измельчают зерно. Предельное содержание ванадия – до 0,3%, титана – до 0,1%.

Бор добавляется в микродозах (0,002-0,005%) для увеличения прокаливаемости.

Наиболее часто в качестве легирующих элементов используются Cr, Mn, Si, Ni, Mo, W, V, Ti.

Рассмотренные нами легирующие элементы при больших содержаниях (значительно превосходящих рассмотренные нами концентрации их в конструкционных сталях) могут придавать сталям многие специфические свойства (химические, физические и др.).

Так добавка в углеродистую сталь 13% хрома (20Х13) или 10% никеля и 18% хрома (12Х18Н10Т) делает ее нержавеющей; введение 13% марганца придает стали высокую износостойкость (110Г13Л); одновременное легирование хромом и кобальтом (ЕХ5К5) резко повышает коэрцитивную силу и остаточную индукцию, что позволяет использовать такие стали для постоянных магнитов; введение хрома и кремния (40Х9С2) придает стали жаропрочность и т.д.

Перечисленные изменения структуры и физико-механических свойств сказываются и на технологических и эксплуатационных свойствах. Влияние на технологические свойства проявляется в улучшении прокаливаемости, ухудшении деформируемости в горячем состоянии, свариваемости, ухудшении обрабатываемости резанием и др. Легирование направленно улучшает конкретные эксплуатационные свойства, придавая сталям в одних случаях повышенную прочность, в других –

упругость, в третьих – износостойкость и т.д. Повышение какого-то одного свойства нередко приводит к ухудшению других эксплуатационных или технологических свойств, например, особо износостойкая сталь 110Г13Л практически не поддается обработке резанием, и детали из нее изготовляются только методом литья без последующей механической обработки.

54.