2.4.3. Легированные стали. Конструкционные стали

Основными легирующими элементами являются Si, Ni, Мп, Сг. Такие элементы, как W, Ма, V, Al, Ti и В, вводят в сталь в сочетании с Сг, Ni, Мп для дополнительного улучшения свойств. Однако высокие эксплуатационные характеристики легированных сталей обнаруживаются только после закалки и отпуска, так как в ото жженном состоянии их механические свойства практически не отличаются от углеродистых. Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на свойства феррита, дисперсность карбидной фазы, устойчивость мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размер зерна.

Легирующие элементы Si, Мп, Ni и др., растворяясь в феррите, упрочняют его. Однако упрочнение феррита приводит к снижению ударной вязкости, особенно если концентрация легирующих элементов более 1 %. Исключение составляет Ni, который не снижает вязкости стали.

Карбидообразующие элементы Сг, Мо, Nb, Ti влияют на природу и свойства карбидов в стали. Специальные карбиды легирующих элементов способны при нагреве растворяться в аустените, а на стадии отпуска, выделяясь из перенасыщенного твердого раствора в виде мелкодисперсных фаз, упрочнять сталь. Легирование сталей Cr, В, Мо, Ni повышает их прокаливаемость. Наиболее эффективно повышает прокаливаемость комплексное легирование Cr + Мо, Cr + Ni, Cr + Ni + Мо. Большинство легирующих элементов измельчают зерно, но особенно эффективно V, Nb, Тi, Zr, AI.

Рассмотрим некоторые наиболее распространенные легированные стали, при меняемые в народном хозяйстве.

Цементуемые стали. Обычно содержат 0,1 – 0,25% углерода, а в качестве легирующих элементов – Сг, Мп, В, Мо, Ti, Ni в пределах от 0,002 (бор) до 4,4% (никель). После цементации закалки и низкого отпуска изделия из таких сталей имеют высокую поверхностную твердость (58-62 НRС_э) и вязкую сердцевину с твердостью от 15 до 30 НRС_э. К углеродистым цементуемым сталям относятся стали 10, 15, 20. Характерными представителями легируемых цементуемых сталей являются:

– стали средней прочности 15ХР, 15Х, 20Х, 20ХН, которые идут на изготовление небольших деталей, эксплуатируемых при средних нагрузках (зубчатые колеса, валы, кулачки и т.п.). Эти стали характеризуются небольшой прокаливаемостью, а детали, изготовленные из них, чувствительны к надрезам;

– стали повышенной прочности 12ХН3А, 20ХН3А, 20ХН4А, 18ХГТ, 18Х2НХМА, идут на изготовление деталей средних и больших размеров, работающих в условиях интенсивного изнашивания при повышенных нагрузках (зубчатые колеса, поршневые пальцы, оси, ролики и др.). Эти стали малочувствительны к перегреву, хорошо прокаливаются и имеют повышенную прочность сердцевины.

2.5. Иллюстрации связанные с легированными сталями

Рисунок 2.4.1. Влияние углерода на механические свойства стали

Рисунок 2.4.2. Диаграммы состояния железо – легирующих элемент: а – Fe-Mn, Ni, Pt, Ru, Os, Cu б – Fe-Si, W, Mo, V, Ti, Ta, Nb, Zr

Рисунок 2.4.3. Принципы классификации сталей

Рисунок 2.4.5. Влияние серы и фосфора на качество стали

Качество стали	S, %	P, %
Стали обыкновенного качества	0,04 – 0,06	0,04 – 0,08
Стали качественные	0,03 – 0,04	0,03 – 0,04
Стали высококачественные	0,03	0,025 – 0,03
Стали особо высококачественные	до 0,015	0,015