Распределение легирующих элементов в стали

ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Легированные стали – это сплавы на основе железа, в химический состав которых специально вводят определенные количества легирующих элементов с целью получения при соответствующем способе производства и обработки требуемой структуры и свойств.

Для легирования стали наиболее часто применяют Mn, Si, Cr, Ni, Mo, W, Co, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Al, В и др. Содержание легирующих элементов в стали может колебаться от тысячных долей процента до десятков процентов.

В промышленных легированных сталях легирующие элементы могут находиться:

а) в свободном состоянии;

б) в форме интерметаллических соединений с железом или между собой;

в) в виде оксидов, сульфидов и других неметаллических включений;

г) в карбидной фазе: в виде раствора в цементите или в в виде специальных карбидов;

д) в форме раствора в железе.

Рассмотрим перечисленные варианты.

а) Свинец, серебро, медь не образуют соединений с железом. Серебро и свинец нерастворимы в твердом железе, а растворимость меди составляет ~ 1%. Поэтому при наличии в стали даже весьма малых количеств свинца, серебра или меди (Cu выше 1 %) они будут находиться в свободном состоянии. Из перечисленных элементов особый интерес представляет свинец. Для увеличения производительности ВАЗ использует, например, свинцовистые автоматные стали, в которых содержание свинца составляет 0,15 – 0,3% (А12С). Свинец присутствует в виде мельчайших включений, и он сильнее разрушает стружку, чем марганец и сера.

б) Образовывать интерметаллические соединения может большинство применяемых легирующих элементов. Однако эти соединения образуются лишь при таких содержаниях легирующих элементов, которые практически не встречаются в обычных промышленных сталях.

в) Образовывать карбидные фазы могут элементы, расположенные в периодической системе левее железа. Эти элементы называют карбидообразующими. Их положение отмечено в периодической системе (рис. 1). Элементы, расположенные правее железа (кобальт, никель, медь и другие), образуют только растворы с железом и не входят в карбиды.

г) Образовывать оксиды и другие неметаллические соединения могут многие элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем железо. Поэтому в процессе производства стали такие элементы, введенные в последний момент плавки, раскисляют сталь, отнимая кислород у железа:

FeO + M ® M_nO_m + Fe

В этой схематической формуле реакции под М подразумевается любой легирующий элемент – раскислитель. В результате реакции раскисления образуются окислы Al₂O₃, TiO₂, V₂O₅ и др.

Некоторые элементы имеют большое сродство к сере, чем железо, и при введении их образуются сульфиды.

Количество окислов, сульфидов и других неметаллических включений в обычных промышленных сталях невелико и зависит от метода ведения плавки.

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

Пери-оды

Ряды

I группа

II группа

III группа

IV группа

V группа

VI группа

VII группа

VIII группа

1

1

(H)

1 H 1,0079 водород

2 4,002He гелий

2

2

3 Li 6,939 литий

4 Be 9,0122 берилий

5 10,81B бор

6 12,01115C углерод

7 14,007N азот

8 15,9994O кислород

9 18,9984F фтор

10 20,18Ne неон

3

3

11 Na 22,99 натрий

12 Mg 24,31 магний

13 26,9815Al алюминий

14 28,086Si кремний

15 30,974P фосфор

16 32,064S сера

17 35,453Cl хлор

18 39,95Ar аргон

4

4

19 K 39,102 калий

20 Сa 40,08 кальций

21 Sc 44,956 cкандий

22 Ti 47,90 титан

23 V 50,942 ванадий

24 Сr 51,996 хром

25 Mn 54,94 марганец

26 Fe 55,85 железо

27 Со 58,9332 кобальт

28 Ni 58,71 никель

5

29 63,54 Cu медь

30 65,37 Zn цинк

31 69,72 Ga галлий

32 72,59 Ge германий

33 74,92 As мышьяк

34 78,96 Se селен

35 79,909 Br бром

36 83,80 Кr криптон

5

6

37 Rb 85,47 рубидий

38 Sr 87,62 стронций

39 Y 88,905 иттрий

40 Zr 91,22 цирконий

41 Nb 92,9 ниобий

42 Mo 95,94 молибден

43 Tc 98,906 технеций

44 Ru 101,1 рутений

45 Rh 102,91 родий

46 Pd 106,4 палладий

7

47 107,9Ag серебро

48 112,4Cd кадмий

49 114,82In индий

50 118,69Sn олово

51 121,8Sb сурьма

52 127,60Te теллур

53 126,904I иод

54 131,3Xe ксенон

6

8

55 Cs 132,9 цезий

56 Ва 137,34 барий

57 La 138,91 лантан

72 Hf 178,49 гафний

73 Та 180,9 тантал

74 W 183,85 вольфрам

75 Re 186,2 рений

76 Os 190,2 осмий

77 Ir 192,2 иридий

78 Pt 195,2 платина

9

79 196,9Au золото

80 200,6Hg ртуть

81 204,37Tl таллий

82 207,19Pb свинец

83 208,9Bi висмут

84 <210>Po полоний

85 <210>At астат

86 <222>Rn радон

7

10

87 Fr <223> франций

88 Ra <226> радий

89 Ас <227> актиний

104 Rf <260> резерфордий

105 Db <261 дубний

106 Sg<263> сиборгий

107 Bh<264> борий

108 Hs<269> хассий

109 Mt<268> мейтнерий

Рис. 1. Периодическая система элементов.

Серым цветом отмечены элементы, образующие карбиды в стали

д) Растворяться в железе в значительных количествах может большинство легирующих элементов, кроме углерода, азота, кислорода и бора, и металлоидов, удаленных в периодической системе от железа.

Дата добавления: 2014-11-16