МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ"

__________________________________________________________

К а ф е д р а "Материаловедение и товарная экспертиза"

Структура и свойства

Легированных сталей

Методические указания

Самара

Самарский государственный технический университет

2013

Рекомендовано к использованию на заседании кафедры "Материаловедение и товарная экспертиза"

Протокол № __12__ от _12 декабря__ 2013 года

УДК 620.22

Структура и свойства легированных сталей: Метод. указ.к лабор. работе / Самар. гос. техн. ун-т; Сост. Е.А. Морозова, Д.В. Закамов. Самара, 2013. 26 с.

Рассмотрено влияние легирующих элементов на основные превращения в стали. Представлены наиболее распространенные типы легированных сталей.

Предназначены для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям 151900, 221700, 151000, 221700, 131000, 151900, 190600, 141100, 140100, 200100, 220100, 220700, 150700, 190700, 240100, 241000, 240300, 170100.

УДК 620.22

Илл..13. Табл. 1 . Библиогр.: 4 назв.

Составители: канд. техн. наук Е.А. Морозова

канд. техн. наук Д.В. Закамов

 Е.А. Морозова, Д,В. Закамов составление 2013

 Самарский государственный

технический университет 2013

Цель работы – изучить микроструктуру легированных сталей различных классов и установить связь между химическим составом, структурой, термообработкой и свойствами.

1. Особенности состава, структуры и свойств легированных сталей

Легированные стали – это сплавы на основе железа, в химический состав которых специально вводят определенные количества легирующих элементов с целью получения при соответствующем способе производства и обработки требуемой структуры и свойств.

Для легирования стали наиболее часто применяют Mn, Si, Cr, Ni, Mo, W, Co, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Al, В и др. Содержание легирующих элементов в стали может колебаться от тысячных долей процента до десятков процентов.

1.1. Распределение легирующих элементов в стали

В промышленных легированных сталях легирующие элементы могут находиться:

а) в свободном состоянии;

б) в форме интерметаллических соединений с железом или между собой;

в) в виде оксидов, сульфидов и других неметаллических включений;

г) в карбидной фазе: в виде раствора в цементите или в в виде специальных карбидов;

д) в форме раствора в железе.

Рассмотрим перечисленные варианты.

а) Свинец, серебро, медь не образуют соединений с железом. Серебро и свинец нерастворимы в твердом железе, а растворимость меди составляет  1%. Поэтому при наличии в стали даже весьма малых количеств свинца, серебра или меди (Cu выше 1 %) они будут находиться в свободном состоянии. Из перечисленных элементов особый интерес представляет свинец. Для увеличения производительности ВАЗ использует, например, свинцовистые автоматные стали, в которых содержание свинца составляет 0,15 – 0,3% (А12С). Свинец присутствует в виде мельчайших включений, и он сильнее разрушает стружку, чем марганец и сера.

б) Образовывать интерметаллические соединения может большинство применяемых легирующих элементов. Однако эти соединения образуются лишь при таких содержаниях легирующих элементов, которые практически не встречаются в обычных промышленных сталях.

в) Образовывать карбидные фазы могут элементы, расположенные в периодической системе левее железа. Эти элементы называют карбидообразующими. Их положение отмечено в периодической системе (рис. 1). Элементы, расположенные правее железа (кобальт, никель, медь и другие), образуют только растворы с железом и не входят в карбиды.

г) Образовывать оксиды и другие неметаллические соединения могут многие элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем железо. Поэтому в процессе производства стали такие элементы, введенные в последний момент плавки, раскисляют сталь, отнимая кислород у железа:

FeO + M  M_nO_m + Fe

В этой схематической формуле реакции под М подразумевается любой легирующий элемент – раскислитель. В результате реакции раскисления образуются окислы Al₂O₃, TiO₂, V₂O₅ и др.

Некоторые элементы имеют большое сродство к сере, чем железо, и при введении их образуются сульфиды.

Количество окислов, сульфидов и других неметаллических включений в обычных промышленных сталях невелико и зависит от метода ведения плавки.

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева
Пери-оды	Ряды	I группа	II группа	III группа	IV группа	V группа	VI группа	VII группа	VIII группа
1	1	(H)						1  H 1,0079 водород	2  4,002 He гелий
2	2	3  Li 6,939 литий	4  Be 9,0122 берилий	5  10,81 B бор	6  12,01115 C углерод	7  14,007 N азот	8  15,9994 O кислород	9  18,9984 F фтор	10  20,18 Ne неон
3	3	11  Na 22,99 натрий	12  Mg 24,31 магний	13  26,9815 Al алюминий	14  28,086 Si кремний	15  30,974 P фосфор	16  32,064 S сера	17  35,453 Cl хлор	18  39,95 Ar аргон
4	4	19  K 39,102 калий	20  Сa 40,08 кальций	21  Sc 44,956 cкандий	22  Ti 47,90 титан	23  V 50,942 ванадий	24  Сr 51,996 хром	25  Mn 54,94 марганец	26  Fe 55,85 железо	27  Со 58,9332 кобальт	28  Ni 58,71 никель
	5	29  63,54 Cu медь	30  65,37 Zn цинк	31  69,72 Ga галлий	32  72,59 Ge германий	33  74,92 As мышьяк	34  78,96 Se селен	35  79,909 Br бром	36  83,80 Кr криптон
5	6	37  Rb 85,47 рубидий	38  Sr 87,62 стронций	39  Y 88,905 иттрий	40  Zr 91,22 цирконий	41  Nb 92,9 ниобий	42  Mo 95,94 молибден	43  Tc 98,906 технеций	44  Ru 101,1 рутений	45  Rh 102,91 родий	46  Pd 106,4 палладий
	7	47  107,9 Ag серебро	48  112,4 Cd кадмий	49  114,82 In индий	50  118,69 Sn олово	51  121,8 Sb сурьма	52  127,60 Te теллур	53  126,904 I иод	54  131,3 Xe ксенон
6	8	55  Cs 132,9 цезий	56  Ва 137,34 барий	57  La 138,91 лантан	72  Hf 178,49 гафний	73  Та 180,9 тантал	74  W 183,85 вольфрам	75  Re 186,2 рений	76  Os 190,2 осмий	77  Ir 192,2 иридий	78  Pt 195,2 платина
	9	79  196,9 Au золото	80  200,6 Hg ртуть	81  204,37 Tl таллий	82  207,19 Pb свинец	83  208,9 Bi висмут	84  <210> Po полоний	85  <210> At астат	86  <222> Rn радон
7	10	87  Fr <223> франций	88  Ra <226> радий	89  Ас <227> актиний	104  Rf <260> резерфордий	105  Db <261 дубний	106  Sg<263> сиборгий	107  Bh<264> борий	108  Hs<269> хассий	109  Mt<268> мейтнерий

Рис. 1. Периодическая система элементов.

Серым цветом отмечены элементы, образующие карбиды в стали

д) Растворяться в железе в значительных количествах может большинство легирующих элементов, кроме углерода, азота, кислорода и бора, и металлоидов, удаленных в периодической системе от железа.