Лк 16 30 03 2011 ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ 1

Лк 16 30. 03. 2011 ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ 1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СТАЛИ 2. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ФЕРРИТ 3. КАРБИДНАЯ ФАЗА В ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ 4. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ 4. 1. Влияние легирующих элементов на кинетику распада аустенита 4. 2. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение 4. 3. Влияние легирующих элементов на рост верна аустенита 4. 4. Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали – легированными 1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СТАЛИ легирующие элементы могут находиться: а) в свободном состоянии - Свинец, серебро (нерастворимы), медь (малорастворима) не образуют соединений с железом, находяться в свободном состоянии в виде металлических включений, эти стали не применяют (встречается весьма редко). б) в форме интерметаллических соединении с железом или между собой - может большинство лег. эл. , но образуются лишь при содержаниях легирующих элементов, которые почти не встречаются в обычных промышленных сталях. в) в виде оксидов, сульфидов и других неметаллических включений - элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем железо, раскисляют сталь, отнимая кислород у железа. В результате реакции раскисления образуются окислы А 12 О 3, Тi. О 2, V 2 О 5 и др. Некоторые элементы имеют большее сродство к сере, чем железо, и при введении их образуются сульфиды.

г) в карбидной фазе: в виде раствора в цементите или в виде самостоятельных соединений с углеродом — специальных карбидов (это карбиды, образованные с участием карбидообразующих элементов и имеющие отличную от цементита формулу и кристаллическую решетку) - могут многие элементы, имеющие сродство к углероду. Карбидообраующими элементами являются лишь элементы, расположенные в периодической системе элементов левее железа. Указанные элементы, кроме того, что они образуют карбиды, растворяются и в железе. д) в форме раствора в железе - Растворяться в железе в значительных количествах может большинство легирующих элементов, кроме С, N, O и B и металлоидов, удаленных в периодической системе от железа. Элементы, расположенные в периодической системе левее железа, распределяются между железом (основой) и карбидами; элементы, расположенные правее железа (Co, Ni, Cu и другие), образуют только растворы с железом и не входят в карбиды. Т. о. таким образом, подводя итоги, можно констатировать: легирующие элементы преимущественно растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (Ф, А, Ц) или образуют специальные карбиды.

2. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ФЕРРИТ Растворение легирующих элементов в Fе 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, растворяющиеся в феррите, изменяют параметры решетки феррита в тем Л/эл. , %атм большей степени, чем больше различаются атомные размеры железа и легирующего Рис. 1. Параметр тв. растворов (замеще-ния), образующихся при элемента. растворении различных элементов Элементы с атомным радиусом, меньшим, чем у железа, уменьшают параметры решетки, а с в железе большим - увеличивают (Ni является исключением). Естественно, что изменение размеров решетки вызывает и изменение свойств Ф.

Рис. 2. Влияние легирующих элементов на свойства Ф: а — твердость; б — ударная вязкость

Таким образом, из перечисленных шести наиболее распространенных легирующих элементов особенно ценным является никель. Рис. 3. Влияние легирующих элементов на порог хладноломкости Достаточно интенсивно упрочняя феррит, никель не снижает его вязкость 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).

3. КАРБИДНАЯ ФАЗА В ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ Fе 3 С, Мn 3 С, Сг 23 С 6, Сг 7 С 3, Fе 3 Мо 3 С, Fе. W 3 C - карбиды 1 группы Mo 2 C, WC, VC, Ti. C, Nb. C, Ta 2 C, Zr. C - карбиды 2 группы Так, в хромомарганцовистой стали вместо чистого карбида хрома Сr 23 С 6 образуется карбид (Сr, Мn, Fе)23 С 6, содержащий в растворе железо и марганец. Так карбиды, имеющие одинаковую химическую формулу, взаимно растворяются, то, например, при наличии в стали одновременно титана и ниобия будут образовываться не два разделенных вида карбидов, а один общий карбид, в который па равных основаниях входят и титан и ниобий. фактически мы встречаемся в сталях лишь с карбидами шести видов: М 3 С, М 23 С, М 7 С 3, М 6 С - карбиды 1 группы; МС, М 2 С - карбиды 2 группы где под М подразумевается сумма карбидообразующих элементов (металлических).

Карбиды 1 группы имеют сложную кристаллическую структуру (типа цементита), рис. 4. карбидов II группы (фаз внедрения) заключается в том, что они имеют простую кристаллическую решетку и кристаллизуются обычно со значительным дефицитом по углероду. Рис. 4. Кристаллическая структура Ц фазы внедрения (2 группа) трудно растворимы в А. Это значит, что при нагреве они могут не перейти в твердый раствор. В этом их отличие от карбидов 1 группы, которые при нагреве легко растворяются в аустените. Порядок растворения карбидов в аустените определяется их относительной устойчивостью, а степень перехода в раствор — их количеством.

4. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ 4. 1. Влияние легирующих элементов на кинетику распада аустенита Элементы, которые только растворяются в Ф или Ц, оказывают лишь количественное влияние на процессы превращения (ускоряют превращение (кобальт), или замедляют его (большинство элементов (марганец, никель, медь и др. )). Карбидообразующие элементы вносят и количественные, и качественные изменения. Так, легирующие элементы, образующие растворимые в аустените карбиды, при разных температурах по-разному влияют на скорость распада аустенита: 700— 500° С (образование перлита) —замедляют превращение; 500 — 400° С— весьма значительно замедляют превращение; 400— 300° С (образование бейнита) — ускоряет превращение.

Рис. 5. Схема диаграмм изотермического распада аустенита: а — углеродистая сталь (1) и сталь, легированная некарбидообразующими элементами (2); б - углеродистая сталь (1) и сталь, легированная карбидообразующими элементами (2) Т. о. , в сталях, легированных карбидообразующими элементами (хром, молибден, вольфрам), наблюдаются два максимума скорости изотермического распада А, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного аустенита. Изотермический распад аустенита имеет два явно выраженных интервала превращений — превращение в пластинчатые (перлитное превращение) в превращение в игольчатые (бейнитные превращения) структуры. Практически наиболее важной является способность легирующих элементов замедлять скорость распада аустенита в районе перлитного превращения, что выражается в смещении линии вправо на диаграмме изотермического распада аустенита

4. 2. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение Рис. 6. Влияние легирующих элементов на температуру мартенситного превращения (а) и количество остаточного аустенита (б). Стали содержат 1% С

4. 3. Влияние легирующих элементов на рост зерна аустенита Все легирующие элементы уменьшают склонность аустенитного зерна к росту. Исключение составляют марганец и бор, которые способствуют росту зерна. Остальные элементы, измельчающие зерно, оказывают различное влияние: никель, кобальт, кремний, медь (элементы, не образующие карбидов) относительно слабо влияют на рост зерна; хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан сильно измельчают зерно (элементы перечислены в порядке роста силы их действия). Э Избыточные карбиды, не растворенные в аустените, препятствуют росту аустенитного зерна.

4. 4. Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске карбидообразующие элементы, а также некарбидообразующие, при нагреве растворяются в аустените и при закалке образуют легированный мартенсит.

Влияние легирующих элементов на рост зерна аустенита лэ уменьшают склонность А-зерна к росту. Исключение-Mn, B. Ni, Co, Si, Cu- слабо влияет; Cr, Mo, W, V, Ti – сильно измельчает. Влияние легирующих элементов на преврашения при отпуске Легирующие элементы замедляют процесс распада мартенсита: никель, марганец – незначительно; хром, молибден, кремний – заметно. Легированные стали сохраняют структуру мартенсита отпуска до температуры 400… 500 o. С. Так как в легированных сталях сохраняется значительное количество остаточного аустенита, то превращение его в мартенсит отпуска способствует сохранению твердости до высоких температур. Таким образом, легированные стали при отпуске нагревают до более высоких температур или увеличивают выдержку.