Легирующие элемента могут смещать также точку Ас1.
1) легирующие элементы изменяют температуру - превращения для феррита, входящего в состав перлита,
и, |
|
на |
температуру |
||
2) легирующие элементы влияют |
|||||
диссоциации карбидов и растворения углерода и |
|||||
легирующих элементов в -железе. |
|
температуру |
|||
Карбидообразующие элементы |
повышают |
||||
и если при этом они также |
|||||
Некарбидообразующие |
|
||||
-превращения, то влияние их на |
|||||
элементы, |
растворяясь |
в |
|||
(рис). |
|
|
|
понижают |
|
цементите, |
|
|
|||
температуру |
|
диссоциации |
|||
карбида. При этом никель и |
|||||
марганец |
|
|
понижают |
||
температуру -перехода и, |
|||||
следовательно, снижают |
точку |
||||
Ас1. |
Хром |
до |
|
12…13% |
|
сравнительно |
слабо |
повышает |
|||
Ас1, а при содержании его более |
|||||
14% |
|
12 |
|
резкое |
|
наблюдается |
|||||
Легирующие элементы влияют также на положение |
|
||||
эвтектоидной точки S и предельную концентрацию |
|
||||
углерода в аустените (точку E). Некарбидообразующие |
|
||||
элементы, растворяясь в феррите и замещая часть атомов |
|
||||
железа в его решетке, уменьшают содержание железа в |
|
||||
эвтектоиде и смещают точку S в сторону меньших |
|
||||
содержаний углерода (рис.). Аналогично влияют |
|
||||
карбидообразующие элементы, которые в большом |
|
||||
количестве растворяются в феррите, карбиды которых |
|
||||
участвуют в образовании эвтектоида (например, Mn, Cr). |
|
||||
Такие |
и W, сначала уменьшают, а затем |
|
|||
|
Бо |
|
|
легирующих |
|
|
углер льшинствода эвтектоиде. |
|
в |
||
|
элементов |
растворяясь |
|||
|
аустените |
и |
|
изменяя |
|
|
параметры |
|
|
его |
|
|
кристаллической |
|
решетки, |
||
|
понижает |
|
|
предел |
|
|
растворимости углерода в - |
||||
|
железе |
и, следовательно, |
|||
|
смещает точку E в сторону |
||||
|
меньших |
13 |
концентраций |
||
углерода.
Влияние легирующих элементов на прокаливаемость сталей.
Легированные стали, как правило, подвергают термическому упрочнению. Растворяясь в железе, наряду с углеродом, они задерживают диффузионные превращения, ограничивая подвижность атомов углерода в кристаллической решетке -железа и -железа. Уменьшение коэффициентов диффузии атомов углерода в железе определяется двумя факторами:
при растворении карбидообразующих элементов между их атомами и атомами углерода в кристаллической решетке железа образуются связи, энергия которых выше, чем энергия связи между атомами углерода и железа;
при растворении в аустените Ni и Mn понижаются
температуры фазовых превращений. Понижение А3 и А1
приводит к увеличению времени распада аустенита сталей, переохлажденных ниже А1.
14
В результате легирующие элементы, растворяясь при нагреве в аустените, задерживают распад переохлажденного аустенита при охлаждении, сдвигая С- образные линии перлитного превращения вправо (рис.).
Такое влияние легирующих компонентов на кинетику превращения переохлажденного аустенита приводит к существенному улучшению технологических свойств сталей.
Соответственно, повышается прокаливаемость сталей. При закалке деталей из легированной стали поверхность и сердцевина будут охлаждаться со скоростью выше
критической: |
всему сечению |
получим |
|
Классификация сталей.
По химическому составу: углеродистые (нелегированные),
низколегированные, легированные, высоколегированные
стали, сплавы на основе железа.
Углеродистые стали не содержат специально введенные ЛЭ.
Внизколегированных сталях суммарное содержание ЛЭ не более 2,5% (кроме С);
Влегированных – от 2,5 до 10%;
Ввысоколегированных – более 10% при содержании Fe не
менее 45%.
Сплавы на основе железа содержат железа менее 45%, но его количество больше, чем любого другого элемента.
В зависимости от легирования стали называют
марганцовистыми, кремнистыми, хромистыми, никелевыми, хромоникелевыми, хромованадиевыми и др.
16
По назначению: конструкционные, инструментальные,
стали с особыми физическими свойствами.
Конструкционной сталью называется сталь, применяемая для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определенными механическими, физическими и химическими свойствами.
Конструкционные стали подразделяют на строительные, машиностроительные и стали и сплавы с особыми
свойствами – теплоустойчивые, жаропрочные, жаростойкие,
коррозионностойкие.
Инструментальной сталью называется сталь, применяемая для обработки металлов резанием или давлением и обладающая высокой твердостью, прочностью, износостойкостью.
Инструментальные стали подразделяют на стали для режущего инструмента, штамповые стали и стали для измерительного инструмента.
17
По структуре в равновесном состоянии: доэвтектоидные,
эвтектоидные и заэвтектоидные.
Стали классифицируют также по структуре, полученной при охлаждении на воздухе образцов небольших сечений после высокотемпературного нагрева ( 9000С). В зависимости от структуры стали подразделяют на
перлитные, бейнитные, мартенситные, ледебуритные,
ферритные и аустенитные.
Могут быть также смешанные структурные классы:
феррито-перлитный, феррито-мартенситный, аустенито-
ферритный, аустенито-мартенситный.
По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного
качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные. Категория обыкновенного качества относится только к углеродистым сталям.
Главными качественными признаками являются более
жесткие требования по химическому составу, прежде всего |
|||
по содержанию вредных примесей: P и S. |
P |
S |
|
|
0,050 |
||
обыкновенного качества |
0,040 |
||
качественные |
0,035 |
0,035 |
|
высококачественные |
0,025 |
0,025 |
|
особовысококачественные |
0,02518 0,015 |
||
Маркировка сталей.
Углеродистые конструкционные качественные стали обозначают двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента (например 05, 09, 10, 15, 20, 25…85).
Для сталей полностью не раскисленных (при С<0,20%) в обозначении добавляются индексы: кп – кипящая сталь; пс – полуспокойная сталь. Для спокойных сталей индекс не указывается.
Углеродистые инструментальные стали обозначают буквой
«У» и следующей за ней цифрой, указывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента (например У7, У8, У9, У10…)
В легированных сталях основные легирующие элементы обозначают буквами: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ю – алюминий.
Цифры после буквы в обозначении марки стали показывают
количество элемента, округленное до целого числа. При
среднем содержании элемента до 1,5% цифру19не ставят.
Содержание углерода указывает в начале марки в сотых
Если содержание углерода в инструментальных легированных сталях 1% и более, то цифру в начале марки не ставят: Х, ХВГ.
Буква «А» в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественной (30ХГСА), если «А» стоит в середине марки – то сталь легирована азотом (16Г2АФ), а в начале марки «А» указывает на то, что сталь автоматная повышенной обрабатываемости (А35Г2). Индекс «АС» в начале марки указывает, что сталь автоматная со свинцом (АС35Г2).
При применении специальных методов очистки особовысококачественной стали в конце марки добавляются через дефис соответствующие индексы: Ш – электрошлаковый, ВД – вакуумно-дуговой, ШВД – электрошлаковый с последующим вакуумно-дуговым переплавом (30ХГС-Ш, 40Х5МФ-ШВД).
Сталь, не содержащая в конце марки букв «А» или «Ш», относится к категории качественных (30ХГС).
В некоторых случаях система маркировки отличается от
принятой. Например, некоторые подшипниковые стали
обозначаются буквой «Ш» в начале марки: ШХ15,20 ШХ20СГ. В
таких сталях содержание хрома указано в десятых долях
В марках быстрорежущих сталей вначале стоит буква «Р», за ней следует цифра, указывающая содержание вольфрама. Во всех быстрорежущих сталях содержится около 4% хрома, поэтому в обозначении марки буквы «Х» нет. Ванадий обозначается в марке, если его содержание 2% и более (до 5%). Т.к. содержание углерода в быстрорежущих сталях пропорционально содержанию ванадия, то содержание углерода в маркировке стали не указывается. Например, Р6М5Ф2К8 – быстрорежущая сталь состава: 1%C, 4%Cr, 6%W, 5%Mo, 2%V, 8%Co.
Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают упрощенно по порядковому номеру разработки и освоения стали на металлургическом заводе. Перед номером стали ставят индексы «ЭИ», «ЭП» (завод «Электросталь»). Например, та же быстрорежущая сталь Р6М5Ф2К8 обозначается ЭП658.
Маркировка жаропрочных и жаростойких сплавов на железоникелевой и никелевой основах состоит только из
буквенных обозначений элементов, после которого
указывается цифра, обозначающая его содержание в
процентах. Например, ХН35ВТ: 0,12C, 15%Cr,2135%Ni, 1,5%Ti,
3%W, остальное – Fe.