material / материаловеденье-1 / 61

Важнейшее влияние легирующих элементов на превращения стали при нагревании и охлаждении, т. е. при термической обработке, заключается в том, что они вызывают сдвиг равновесных критических точек по температуре по отношению к положению их в нелегированной стали и изменяют концентрацию углерода в перлите, большей частью уменьшая эту концентрацию. Существенное влияние легирующие элементы оказывают на рост зерна аустенита при нагреве. Подавляющее большинство из них тормозит рост зерна и лишь некоторые из них активизируют; к таким элементам относится, например, Mn.

В том случае, если карбиды, образованные легирующими элементами, находятся в растворенном состоянии в аустените, они повышают его устойчивость против распада; этими свойствами обладают все легирующие элементы, за исключением Со.

Легирующие элементы оказывают заметное влияние на процесс коагуляции карбидов в стали, причем некоторые из них, как, например, Ni и Со, способствуют коагуляции, а Mn, Si и некоторые другие ее задерживают. В конструкционных сталях основными легирующими элементами являются хром, никель, кремний и марганец.

Никель увеличивает пластичность и вязкость стали, снижает температуру порога хладноломкости и уменьшает чувствительность стали к концентраторам напряжений.

Хром повышает жаростойкость и коррозионную стойкость стали, увеличивает ее электрическое сопротивление и уменьшает коэффициент линейного расширения.

Кремний широко используется при выплавке стали как раскислитель. Легирование кремнием углеродистых и хромистых сталей увеличивает их жаростойкость.

Марганец, подобно никелю, снижает критическую скорость охлаждения, но в отличие от последнего уменьшает и вязкость феррита.

Вольфрам, молибден, ванадии, титан, бор и другие вводят в сталь совместно с хромом, никелем и марганцем для дополнительного улучшения ее свойств.

По структуре в нормализованном состоянии легированные стали разделяются на три класса: перлитный, мартенситный и аустенитный.

Перлитная сталь (перлит –эвтектоидная фериттоцементитная смесь)  содержит сравнительно небольшое количество легирующих элементов (не более 5-6%). После охлаждения на воздухе аустенит в этих сталях распадается с образованием феррито-цементитной смеси (перлита, сорбита или троостита). К этому классу относится большинство сталей (20ХГР, 18ХГТ, 40Х, ХВГ, 5ХНМ, 30ХГСА и др.)

Мартенситная сталь (мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в d-железе)  содержит повышенное количество легирующих элементов, расширяющих y-фазу (Ni, Mn и др.). После охлаждения на воздухе структура стали представляет собой легированный мартенсит. Применение этих сталей относительно невелико (12ХН3А, 18Х2Н4ВАХ12Ф1, Р18 и др.)

Аустенитная сталь  (аустенит – это твердый раствор внедрения углерода в гамму-железа) содержит 12-30% легирующих элементов. Для этих сталей характерно сохранение аустенита при нормальной комнатной температуре без его распада. Стали этого класса находят широкое применение (1Х18Н10Т, 1Х14Н14В2М -жаропрочные стали, Г13 - износостойкая).