Pt (а) и с Cr, w, Si, Mo, V, Ti, Ta, Nb, Zr (б)

При введении в сталь одновременно нескольких легирующих элементов их влияние на существование α-и γ-областей не всегда суммируется.

Более того, их влияние может быть противоположным тому, которое проявляется в двойном сплаве. Так хром при введении его одновременно с никелем не сужает, а расширяет γ-область. Углерод чаще всего повышает растворимость легирующих элементов в γ-твердом растворе. Он повышает устойчивость аустенита до более низких температур, а также смещает линии α—γ превращений в сторону меньших содержаний легирующего элемента.

Смещение линий (GS, SE и др.) при легировании приводит к смещению эвтектоидной концентрации углерода (т.е. точки S на диаграмме Fe —С) и предельной растворимости углерода в γ-железе (точки Е). Такие легирующие элементы как Ni, Co, Si, W, Cr, Mn снижают предельную растворимость углерода (точку Е) и сдвигают эвтектоидную точку (S) в сторону меньших концентраций углерода. Такие элементы, как Ti, V, Nb, наоборот, повышают концентрацию углерода, соответствующую эвтектоидной. Это связано с изменением и составом карбидов и феррита в эвтектоиде.

Влияние легирующих элементов на механические свойства феррита и аустенита. В феррите обычно содержатся такие легирующие элементы, которые повышают (временное сопротивление) предел прочности, не изменяя в заметной степени пластических характеристик (рис. 3). Исключение составляют лишь марганец и кремний, которые при их содержании, превышающем 2,5 %, снижают пластичность феррита. В то же время, именно кремний и марганец, а также никель наиболее сильно упрочняют феррит.

Следует отметить, что при введении легирующих элементов в сталь они, упрочняя феррит, снижают ударную вязкость стали, а при содержаниях больших 1—2 % повышают предел хладноломкости. Лишь при легировании никелем упрочнение феррита одновременно сопровождается не только повышением ударной вязкости, но и снижением порога хладноломкости.

Рисунок 3 – Влияние легирующих элементов на свойства феррита

Стали, легированные хромом, марганцем и никелем при быстром охлаждении из γ-области, претерпевают мартенситное превращение. Если же в стали сохраняется и феррит (при не слишком быстром охлаждении), то его твердость при этом увеличивается до 200 ед НВ. Повышение твердости феррита вызывается фазовым наклепом, поскольку превращение аустенита в феррит происходит с изменением объема и его деформацией.

При легировании сталей вольфрамом и молибденом в процессе закалки не происходит полного превращения аустенита в мартенсит и такие стали при закалке упрочняются в соответствии со степенью протекания мартенситного превращения. Но легирующие элементы повышают прочность аустенита при нормальной и повышенной температурах. Упрочнение аустенитных сталей легко достигается в результате пластической деформации.

При легировании сталей вольфрамом и молибденом в процессе закалки не происходит полного превращения аустенита в мартенсит и такие стали при закалке упрочняются в соответствии со степенью протекания мартенситного превращения. Но легирующие элементы повышают прочность аустенита при нормальной и повышенной температурах. Упрочнение аустенитных сталей легко достигается в результате пластической деформации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной продукцией черной металлургии является сталь, причем приблизительно 85% изготовляется углеродистой стали и 15% легированной. Таким образом, основным металлическим материалом нашей промышленности является углеродистая сталь.

Получаемая в промышленности углеродистая сталь имеет довольно сложный химический состав. Содержание железа в ней может быть в пределах 97,0 – 99,5% и попадает некоторое количество элементов, связанное технологией производства (марганец, кремний) или невозможностью полного их удаления из состава металла (сера, фосфор, кислород, азот, водород), случайные примеси (хром, никель, медь) и, кроме того, некоторые металлические включения.

Углеродистые стали классифицируют по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии.

Чугуны – более дешевый материал, чем стали. Содержание углерода в них больше 2,14%. Они обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей.

Контрольные вопросы:

1 Какие элементы, кроме железа и углерода, присутствуют обычно в углеродистых сталях и какие из них относятся к вредным?

2 Что такое полиморфизм и как легирующие элементы влияют на температуры полиморфных превращений в железе?

3 Какие фазы образуют легирующие элементы с железом и углеродом в легированных сталях?

4 Чем отличаются чугуны от сталей? Какие существуют структурные классы чугунов?

5 По каким признакам классифицируются углеродистые стали?