27) Влияние легирующих элементов на критические точки железа и механические характеристики феррита.

Большинство элементов или повышают точку А₄ и снижают точку А₃, расширяя тем самым область существования γ - модификации, или понижают А₄ и повышают А₃, сужая об­ласть существования γ – модификации.

Растворение легирующих элементов в Fe_α происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Атомы легиру­ющих элементов, отличаясь от атомов железа размерами и строением, создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода. Все элементы, растворяющие в феррите, изменяют параметры решетки феррита в тем большей степени, чем больше различаются атомные размеры железа и леги­рующего элемента. Элементы с атомным радиусом, меньшим, чем у железа уменьшают параметры решетки, а с большим – увеличивают (никель является исключением).

Хром, молибден, вольфрам упрочняют феррит меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден, воль­фрам, а также марганец и кремний (при наличии более 1 %) снижают вязкость феррита. Хром уменьшает вязкость значительно слабее перечисленных элементов, а никель не снижает вязкости фер­рита.

Важное значение имеет влияние элементов на порог хладнолом­кости, что характеризует склонность стали к хрупкому разрушению. Наличие хрома в железе способствует некоторому повышению порога хладноломкости, тогда как никель интенсивно снижает порог хладноломкости, уменьшая тем самым склонность железа к хрупким разрушениям.

Таким образом, из перечисленных шести наиболее рас­пространенных легирующих элементов особенно ценным яв­ляется никель. Достаточно интенсивно упрочняя феррит, никель не снижает его вязкости и понижает порог хладноломкости, тогда как другие элементы, если и не снижают вяз­кости, то слабо упрочняют феррит (хром) либо, сильно упрочняя феррит, резко снижают его вязкость (марганец, кремний).

28) Классификация легированных сталей по структуре, маркировка и области их применения.

По структуре легированные стали делят на пять основных классов.

1. Перлитный класс. Это стали, которые после нагрева в аустенитную область и охлаждения на воздухе имеют структуру механической смеси феррита и цементита (перлит, сорбит, тростит). К перлитному классу относят низколегированные стали с суммарным со­держанием легирующих элементов не более 3-5 например, ЗОХНЗА, 60Г, 9ХГС и др. Стали перлитного класса с различным содержанием углерода нашли широкое применение как конструкционные материалы для изготовления различных конструкций и деталей машин. Кроме деталей машин из легированных сталей перлитного класса с высоким содержанием углерода (более 0,8 %) изготавливают режущий и мерительный инструмент.

2. Мартенситный класс. Это стали, которые после нагрева в аустенитную область и охлаждения на воздухе приобретают структуру мартенси­та. К мартенситному классу относят среднелегированные стали с суммарным содержанием легирующих элементов 7-14 %, например, 25Х2Н4ВА, 20X13, 30X13.40X13. Среди сталей мартенситного класса широкое применение находят стали, содержащие около 13 % хрома и до 0,4 % углерода. При содержании хрома более 12,5 % сталь становится коррозионностойкой.  Стали этой группы хорошо сопротивляются атмосферной коррозии и коррозии в среде водяного пара, т.е. являются нержавеющими из них изготавливают различные детали машин, требующие повышенной прочности и коррозионной стойкости, а также некоторые виды инструмента.

3.Аустенитный класс. К этому классу относятся стали, легиро­ванные элементами, которые расширяют область существования γ - твёрдого раствора, в количествах, превышающих точку n(рис стр 60) (Ni/Мn > 8-10 %). например. 12Х18Н10Т. 110Г13Х2БРЛ). После охлаждения на воздухе стали этого класса имеют струк­туру аустенита. Набольшее применение среди сталей аустенитного класса находят хромоникелевые стали, содержащие около 18 % хрома и 8.., 10 % никеля (углерода не более 0,2 %). Эти стали имеют более высокую коррозионную стойкость, чем хромистые стали мартенситного класса. Аустенитные стали используются как кислотостойкие для изготовления химической аппаратуры, а также для деталей машин и криогенного оборудования, работающего при температурах до -253 С. Стали этого класса могут использоваться и как жаростойкие, жаропрочные материалы.

4. Ферритный класс. Это малоуглеродистые стали, легированные элементами, которые сужают область существования γ-твердо­го раствора, в количествах, превышающих точку т. Стали этого класса при нагреве не способны переходить в состояние аустенита и сохраняют строение феррита вплоть до температуры плавления. Техническое применение получили две разновидности сталей ферритного класса: высококремнистые, с содержанием Si 3,5-4,5 % (динамные и трансформаторные стали: 1311, 2011, 241 1, 3414) и высокохромистые с содержанием Сг 13-28 % (корро­зионно-стойкие и жаростойкие, например, стали 12X17, 15Х25Т, 15X28, 08X13). Наиболее известными сталями ферритного класса являются высокохромистые стали, содержащие 17...30 % хрома и не более 0,2 % углерода. Они хорошо сопротивляются как электрохимической так и газовой коррозии при высоких температурах, т.е. являются кислотостойкими и жаростойкими (окалиностойкими). Недостатком этих сталей является низкая прочность и возникающая при перегреве (например, при сварке) крупнозернистость, которая не устраняется термической обработкой

5. Ледебуритный или карбидный класс. Это стали, в структуре которых присутствуют карбиды, выпадающие при первичной кри­сталлизации (непосредственно из жидкой фазы). К данному классу относят стали высоколегированные карбидообразующими элементами Сг, W, Mo, V, при содержании углерода свыше 0,6 % (например, быстрорежущая сталь марки Р6М5). Стали карбидного класса по назначению являются инструментальными. Они отличаются повышенной износостойкостью и теплостойкостью (красностойкостью). Благодаря этому их используют для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания.