Легирование

Основные определения

К высоколегированным сталям условно отнесены сплавы, массовая доля железа в которых более 45 %, а суммарная массовая доля, легирующих элементов не менее 10 %, считая по верхнему пределу, при массовой, доле одного из элементов не менее 8 % по нижнему пределу.

К сплавам на железоникелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе (сумма никеля и железа более 65 % при приблизительном отношении никеля к железу 1:1,5).

2

Классификация по основным свойствам

I - коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной,

кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;

II - жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы,

обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С,

работающие в ненагруженном или слабонагруженном

состоянии;

III - жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной

жаростойкостью.

3

Классификация по структуре

-мартенситный - стали с основной структурой мартенсита;

-мартенситно-ферритный - стали, содержащие в структуре

кроме мартенсита, не менее 10 % феррита; - ферритный - стали, имеющие структуру феррита, (без α→γ превращений);

- аустенито-мартенситный - стали, имеющие структуру аустенита и мартенсита, количество которых можно изменять в широких пределах; - аустенито-ферритный - стали, имеющие структуру

аустенита и феррита (феррит более 10 %); - аустенитный - стали, имеющие структуру аустенита

4

Температурный полиморфизм железа

5

Фазы в системе железо-углерод

Ф е р р и т (от лат. Ferrum железо) – твердый раствор внедрения углерода в -железе, имеющем ОЦК-решетку. В ОЦК-решетке

имеются свободные места (так называемые поры) размерами 0,062 нм. В работах исследователей предполагается, что меньшая часть атомов углерода в кристаллической решетке Fe находится в порах,

а большая – на дефектах решетки (вакансиях, дислокациях). При комнатной температуре феррит содержит 0,006 % углерода. При t = 911…768 °С феррит парамагнитен, а от 768 °С до абсолютного нуля

– ферромагнитен.

Мартенсит – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в феррите ( -железе)

А у с т е н и т – твердый раствор углерода и других элементов в-железе, имеющего ГЦК-решетку. Эта решетка в центре имеет пору

диаметром 0,102 нм, в которой атом углерода с несколько большим размером (0,154 нм) может поместиться, вызывая увеличение параметров -решетки. Аустенит немагнитен, обладает по сравнению с ферритом меньшим удельным объемом, пластичен ( = 40…50 %), имеет твердость НВ 160…200.

Ц е м е н т и т – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C), содержит углерода 6,67 %, плотность 7,82

г/см3.

6

Диаграмма состояния железо-цементит

7

Конструкционные стали: классификация

8

Легированные конструкционные стали

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 4543-71.

Легированная сталь — сталь, в которую в процессе легирования в определенных количествах вводят специальные элементы, обеспечивающие требуемые свойства. Такие элементы называют

легирующими. Они могут повышать прочность и коррозионную стойкость стали и снижать опасность ее хрупкого разрушения.

Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn) — Г; кремний (Si) — С; хром (Cr) — Х; никель (Ni) — Н; медь (Cu) — Д; азот (N) — А; ванадий (V) — Ф; ниобий (Nb) — Б; вольфрам (W) — В; селен (Se) — Е; кобальт (Co) — К; бериллий (Be) — Л; молибден (Mo) — М; бор (B) — Р; титан (Ti) — Т; алюминий (Al) — Ю.

9

Хромистые коррозионностойкие стали

Хромистые стали более дешевые, однако хромоникелевые обладают большей коррозионной стойкостью. Содержание хрома в нержавеющей

стали должно быть не менее 12 % (см. табл.). При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии, так как ее электродный потенциал становится отрицательным.

10