Контрольные вопросы

• С какой целью производится легирование стали?

• В каких количествах содержатся легирующие элементы в низколегированных, легированных и высоколегированных сталях?

• Каково влияние легирующих элементов на свойства стали?

• Как влияет большинство легирующих элементов на температуру перлитного превращения и содержание углерода в перлите?

• В виде каких основных фаз находятся легирующие элементы в стали?

• Основные преимущества легированной стали перед углеродистой?

• Какие важнейшие факторы обусловливают изменение структуры и свойств легированных сталей?

• Как маркируются легированные стали?

• По каким основным признакам классифицируются легированные стали?

• Что такое теплостойкость? Влияние легирования на указанную характеристику.

• Особенности термической обработки легированной стали.

• Место и значение термической обработки легированных сталей.

• Чем объясняется высокая прокаливаемость легированных сталей и их способность закаливаться при охлаждении в масле?

• В каком состоянии рационально использовать легированные стали?

Для легирования сталей недостаточно какого-нибудь одного элемента. Стали с новыми свойствами получают обычно при комплексном использовании нескольких элементов. Причем число этих элементов, спутников железа, растет постоянно. Нередко вновь полученный в промышленных условиях элемент находит свое первое практическое применение именно в металлургии.Возьмем элемент скандий. Еще в 1958 г. о нем писали: «Хотя скандия в природе в два раза больше по числу атомов, принимающих участие в построении земной коры, чем свинца, но он не нашел пока еще практического применения».

А через два года уже сообщалось, что скандий используется в качестве присадки (около 1 %) к сплаву, содержащему 80 % никеля и 20 % хрома. Теперь же скандий применяется в производстве жаростойких сплавов и ферритов.

Бора в природе в несколько раз больше, чем свинца, и в сотни раз больше, чем серебра, но до последнего времени он также не использовался при создании новых сплавов. Ученые нашли, что достаточно ввести при разливке стали всего 0,3 % бора, чтобы получить сталь с новыми, значительно более высокими качествами. Бор жадно соединяется с кислородом, растворенным в стали, и всплывает в виде шлака на поверхность. Часть бора, оставшегося в стали, соединяется с углеродом и железом, образуя мельчайшие твердые частички - карбиды и бориды. Сталь, очищенная от вредной примеси - кислорода, при затвердевании получается мелкозернистой и однородной во всех частях отливки. Она легко подвергается закалке и приобретает устойчивость при разогревах. Добавка незначительного количества бора в сталь сильно повышает ее режущие свойства. Бориды и карбиды бора упрочняют поверхность металла в три раза.

Редкий металл цирконий по своему влиянию на сталь подобен ванадию. Он также выполняет роль «очистителя» стали от газов. Стали, содержащие сотые доли процента циркония, пригодны для приготовления броневых плит высокой прочности. Циркониевые стали отличаются большой пластичностью; они выдерживают высокие температуры, легко подвергаются свариванию. Использование редкоземельных элементов выходит из стадии лабораторных исследований. На практике чаще всего используют смеси этих элементов, например мишметалл, в основном содержащий церий - до 65 %. Уже десятые доли процента мишметалла хорошо очищают сталь от серы и газов, повышают предел текучести металла, что облегчает его обработку. При этом резко увеличивается вязкость стали, ее жаропрочность и сопротивление коррозии. Нержавеющие хромоникелевые стали плохо прокатываются. Но введение лишь 0,03 % мишметалла в такие стали резко увеличивает их пластичность и облегчает прокатку. Для изготовления хирургических инструментов специального назначения используется сталь, содержащая 6 % редкоземельных элементов.

Специалисты считают использование редкоземельных элементов самым выдающимся успехом в сталеварении за последние полвека.

С помощью верных спутников железа, или как еще их называют, витаминов металла, создаются новые удивительные марки сталей и сплавов.

Английские инженеры-металлурги сообщили о создании «немых» сплавов, надеясь на их широкое распространение в будущем. В качестве примера приводят сплав, содержащий 70 % марганца и 30 % меди. Колокол, отлитый из него, не звонит. От такого колокола, конечно, будет мало радости. А вот если подобный «беззвучный» сплав использовать для рельсов и вагонных колес? С помощью таких сплавов, по прочности не уступающих малоуглеродистой стали, можно значительно уменьшить шум в цехах и на улице.

Оригинальную марку «мягкой» стали создали специалисты научно-исследовательского института металлургии и металлургического завода в г. Челябинске. Добавки свинца и селена делают металл «мягким», легко обрабатываемым. По другим качествам металл не уступает обычной стали, зато производительность труда станочников при обработке деталей из нее повышается на 25 - 50%. Служба инструмента также увеличивается.

Ежегодно производится только различных шестерен около трехсот миллионов - от крохотных, предназначенных для точных приборов и часов, до огромных зубчатых колес корабельных редукторов. Для обработки шестерен используют фрезы в большом количестве. Московский инструментальный завод предложил новую сталь для изготовления фрез - быстрорежущую вольфрамомолибденокобальтовую. Новая фреза может работать в три раза дольше, чем привычный зуборезный инструмент.

Для создания новых сталей используют и необычные элементы, например, азот. Газы в металле всегда нежелательная примесь, снижающая качество металла. А вот в институте электросварки им. Е.О.Патона АН УССР в плазменную печь, где расплавляется металл, специально нагнетают азот. После охлаждения получается сталь, о которой давно мечтали машиностроители: жаропрочная, устойчивая к воздействию кислот и щелочей. Введение дешевого газа азота позволило сократить добавки никеля и совсем не использовать ферросплавов.

В одной вьетнамской легенде в поэтической форме говорится о значении железа для человека:

«В своих повседневных делах люди земли Ван-Ланг (название государства в Древнем Вьетнаме - Н.М.) давно оценили огромную силу железа. Топорами и лопатами, сделанными из железа, они вырубали леса, рыли каналы и колодцы. Но вся беда была в том, что мало железа было в стране Ван-Ланг и простому человеку достать его было очень трудно.

- Увы! - говорили люди. - Было бы у нас железо, мы уничтожили бы злобных врагов, как диких хищников...

Сила человека, владеющего железным оружием, безгранична. В железных доспехах всадник без страха несется сквозь тучи вражеских стрел, блестящим оружием сеет он смерть в рядах врага, и ничто не в силах остановить его».

А может быть только вьетнамцы так высоко отзывались о железе? Оказывается, не только они.

«В бою железо дороже золота» - гласит татарская пословица. И русские говорили: «При рати железо дороже золота. Железом и золота добуду».

А вот еще одна коротенькая легенда. Ее передает в своих стихах немецкий поэт Баумбах, путешествовавший по Штирии и слышавший ее там.

Когда победоносные полчища германцев, свергнувших могущество римлян, расположились после боя в долине рудного ручья, на вершине соседней горы показался горный дух и спросил победителей:

- Что хотите - золото на сотню лет или железо навсегда? И под звон мечей воскликнула толпа:

- Железо, железо дай нам навсегда!

Но это ведь легенды. Имеются ли более веские доказательства того, что было время, когда железо ценилось дороже золота?

В Египте в период Древнего и Нового царства железо первоначально применялось в основном для ювелирных изделий - амулетов и украшений. Еще в XIV в. до н.э. железо здесь ценилось дороже золота. В XII в. до н.э. в Греции железо считалось драгоценным металлом и из него, как и из золота, делали кольца для ношения; только для украшений использовалось оно и в Италии. Железо наряду с золотом и серебром перечислялось в составе дани, которая уплачивалась покоренными народами Ассирии в IX в. до н.э.

Туземцы Африки и островитяне экваториального пояса почти до середины XIX в. ценили железо дороже всех металлов.

Путешественник Лессон писал: «Туземцы острова Амаката в канале Св. Георгия предлагали нам кое-какие плоды, требуя в обмен железа, железа и железа; таково было слово, выходившее из всех уст, с такою же алчностью, с какою европеец сказал бы: золота, золота».

Английский мореплаватель XVIII в. Джемс Кук отмечал, что на всех островах Полинезии, известных ему, любимым подарком для жителей было железо. Спутники Кука рассказывали, что за один крупный гвоздь туземцы охотно давали несколько ярдов местной ткани, а за десяток железных костылей моряки получали десять свиней. Кук приводит пример, как один из вождей на о. Таити, имея у себя два гвоздя, имел от них довольно значительный доход. Он ссужал эти гвозди своим соплеменникам для пробития отверстий в тех случаях, когда другим способом сделать это не удавалось.

Другой мореплаватель, капитан Картерет, рассказывал: «Несколько кусков старого железа, которое мы дарили туземцам, приводили их в экстаз, мало отличавшийся от сумасшествия». Он же утверждал, что за несколько железных орудий смог бы купить все продовольствие, какое имелось на островах Туамоту.

Даже в конце XVIII в. русский просветитель Василий Левшин писал в своем «Словаре коммерческом»:

«Если бы цена вещей определялась по их полезности, железо должно бы считаемо быть драгоценнейшим из металлов, нет художества, ни рукомесла, в котором не было бы оное необходимо, и надобно бы целые книги наполнить одним описанием таковых вещей».

За многие века знакомства человека с этим замечательным металлом, кто только ни говорил похвального слова железу.

«Тебя славим, добрый друг Железо, -могучего великана в полнейшей силе», -

писал в стихотворении «Гимн железу» македонский поэт Кочо Рацин.

О нем писали поэты и философы, ученые и политики. Известны гимны в честь железа древнеримского естествоиспытателя Плиния Старшего, средневекового металлурга Агриколы.

Ф.Энгельс отмечал, что с распространением железа значительная часть человечества вступила в последний период первобытной истории.

В.И.Ленин называл железо одним из главных продуктов современной промышленности и одним из фундаментов цивилизации. Размеры потребления железа, по словам В.И.Ленина, говорят «о прочности железного фундамента культуры в данной стране».

Таблица А.1 - Режимы термической обработки некоторых легированных сталей

Температура Среда ох- Температура Твёрдость

Сталь Назначение

закалки, ºС лаждения отпуска, ºС HRC

Оси, валы, валы-

шестерни, штоки, дета

40X 840-860 Вода 200 56

ли повышенной проч-

ности

Свёрла, развёртки, мет-

чики, гребенки, фрезы,

9XC 840-860 Масло 180-250 58-62

клейма, деревообраба-

тывающий инструмент.

Инструмент для ручной

работы - плашки, свер-

ХВГ 840-860 Масло 140-160 60-62 ла, развёртки, дерево-

обрабатывающий инст-

румент

Кольца шарико- и ро-

ликоподшипников с

толщиной стенки до 15-