Влияние легирующих элементов на свойства стали и сплавов

Инструментальные твердые спеченные сплавы.

ВК – вольфрамокобальтовый сплав (однокарбидный, WC + Co).

ВК8 - вольфрамокобальтовый сплав, с содержанием кобальта - 8%, остальное содержание сплава - карбид вольфрама.

ТК - вольфрамотитанокобальтовый сплав (двухкарбидный,, WC + TiC + Co).

Т5К9 - вольфрамотитанокобальтовый сплав, с содержанием кобальта - 9%, карбида титана – 5%, остальное содержание сплава - карбид вольфрама.

ТТК - вольфрамотитанотанталокобальтовый сплав (трехкарбидный,

WC +TiC +TaC + Co).

ТТ7К12- вольфрамотитанотанталокобальтовый сплав, с содержанием кобальта - 12%, карбида титана и карбида тантала – 7%, остальное содержание сплава - карбид вольфрама.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ.

1. Классификациясталей и белых чугунов по структуре.

2. Что такое углеродистые стали?

3. Влияние углерода на свойства стали.

4.Влияние полезных и вредных постоянных примесей на свойства стали.

5. Какие существуют виды классификации углеродистых сталей?

6. Классификация сталей по степени раскисления.

7. Классификациясталей по качеству.

8. Маркировка сталей(знать расшифровку марок углеродистых сталей).

9. Структура, свойства, получение, маркировка и применение чугунов: а) белых, б) серых, в) ковких, г) высокопрочных.

Примерное применение сталей по содержанию углерода и упрочняющая термическая обработка (ТО):

- до 0,1%С – штампуемые стали (корпусные детали),

ТО-нормализация.

- от 0,1 – до0,25%С – цементуемые стали (детали коробки передач),

ТО – после цементации – закалка (З) и низкий отпуск (НО);

Структура - мартенсит отпуска.

-от 0,3 - до 0,5%С – улучшаемые стали (коленчатые валы, шатуны),

ТО – закалка и высокий отпуск (ВО);

Структура - сорбит отпуска.

- от 0,5 – до 0,7%С – пружинно – рессорные стали,

ТО - закалка и средний отпуск (СО);

Структура - троостит отпуска.

- свыше 0,7%С – инструментальные стали (резцы, сверла, развертки и др.),

ТО - закалка (З) и низкий отпуск (НО);

Структура - мартенсит отпуска.

Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15...20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей.

По применимости для легирования можно выделить три группы элементов:

1- Mn,Si,Cr,B; 2 - Ni,Mo; 3 -V, Ti, Nb, W, Zr и др.

Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.

Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:

влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;

образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)₇С₃; (Сг,Ре)₂₃С₆; Мо₂С и др.;

образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом — Fе₇Мо₆; Fe₃Nb и др.

В следующей таблице показано влияние наиболее применяемых легирующих элементов на свойства стали.

Легирующий элемент	Входит в твердый раствор с Fe и упрочняет его	Увеличи- вает ударную вязкость	Расши- ряет область аустенита	Сужает область аустенита	Увеличи-вает прокали-ваемость	Способст- вует раскисле- нию	Образует устойчи- вые карбиды	Повышает сопротивление коррозии
Ni	+	+	+	-	+	-	-	+
Cr	+	-	-	+	-	-	+	+
Mn (более 1%)	+	+	+	-	+	+	+	+
Si (более 0,8%)	+	+	-	+	-	+	-	-
W	-	-	-	-	-	-	+	-
Сu (0,3 — 0,5%)	+	-	-	-	-	-	-	+

По характеру влияние на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:

элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);

элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа, называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.

Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность.

Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно увеличивает вязкость стали. Однако все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости.

Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод, растворимость которого в аустените при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести.

Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов. Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации.

Легирующие элементы (исключение кобальт), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для многих аустенитных сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение.

Карбидообразующие элементы: Fe — Mn — Cr — Mo — W — Nb — V — Zr — Ti (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве. Сталь, легированная этими элементами, при одинаковой температуре сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность.

Интерметаллиды образуются при высоком содержании легирующих элементов между этими элементами или с железом. Примером таких соединений могут служить Fe₇Mo₆, Fe₃Nb₂ и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.

Дата добавления: 2014-01-07