Влияние легирующих элементов на превращения в сталях.
1. Влияние на критические температуры железа А3 и А4. При этом увеличивается вероятность образования в структуре сталей либо составляющей феррита, либо составляющей аустенита. В легированных сталях в отличии от углеродистых сталей аустенит может образоваться при комнатной температуре.
-- элементы расширяющие α-область.
Они понижают температуру А4 и повышают температуру А3 .
К ним относятся Cr , Si , Al , V , W , Mo и другие. При этом в сталях образуется структура легированного феррита.
-- элементы расширяющие γ-область.
Они повышают температуру А4 и понижают температуру А3.
К ним относятся Ni, Mn, Co, N. При этом в сталях образуется структура аустенита. Такие стали, как правило, обладают специальными свойствами, такими как жаростойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость.
2. Влияние на эвтектоидное превращение.
Легирующие элементы изменяют температуру эвтектоидного
превращения А1. Элементы, расширяющие γ-область понижают А1 (Ni, Mn), а элементы, расширяющие α-область, повышают А1 (Cr, Si, Al, V, W, Mo).
Легирующие элементы значительно уменьшают содержание углерода в эвтектоиде, т.е. точка S на диаграмме железо-углерод смещается влево, в сторону меньших значений по содержанию углерода.
Также легирующие элементы уменьшают предельную растворимость углерода в γ-железе,, т.е. в аустените. Точка Е на диаграмме смещается влево.
3. Влияние на рост зерна аустенита.
Большинство легирующих элементов замедляют рост зерна аустенита
при нагреве. Особенно титан и ванадий.
4. Влияние на мартенситное превращение.
Большинство легирующих элементов понижают температуру начала
мартенситного превращения Мн и увеличивают количество остаточного аустенита.
Никель и марганец понижают Мн в область отрицательных температур.
Алюминий и кобальт повышают Мн и уменьшает количество остаточного аустенита.
Кремний не влияет на мартенситное превращение.
5. Влияние на С- образную кривую.
Все легирующие повышают устойчивость переохлажденного аустенита
и замедляют его распад, сдвигая С-образную кривую вправо.
Карбидообразующие элементы (хром, вольфрам, молибден и другие) могут влиять на С-образную не только количественно, но и качественно. При этом на С-образной появляется два максимума в области распада аустенита.
6. Влияние на критическую скорость закалки и прокаливаемость.
Сдвигая С-образную кривую вправо, все легирующие элементы
уменьшают критическую скорость закалки.
Следовательно в легированных сталях можно получить мартенсит при охлаждении с меньшими скоростями, чем в углеродистых сталях, а значит закалку легированных сталей можно проводить в менее резких охладителях, что снизит вероятность возникновения дефектов закалки, в первую очередь закалочных трещин.
Легирующие элементы также значительно повышают прокаливаемость стали. Наиболее сильно повышают прокаливаемость марганец, хром, никель. Эффект усиливается при легировании несколькими элементами.
7. Влияние на превращения при отпуске.
Большинство легирующих элементов замедляет превращения в стали при отпуске, особенно распад мартенсита при отпуске. Наиболее заметное влияние оказывают карбидообразующие элементы. Это приводит к тому, что в легированных сталях в отличии от углеродистых отпуск проводят при более высоких температурах.
Классификация легированных сталей
Основная классификация легированных сталей проводится по содержанию легирующих элементов, по структуре, по назначению.
1. По содержанию легирующих элементов стали подразделяются на:
- низколегированные ( ∑лег.эл.~1 ÷ 3% ),
- среднелегированные ( ∑лег.эл.~ 3 ÷ 8% ),
- высоколегированные ( ∑лег.эл. ≥ 10% ).
2. По назначению стали подразделяются на:
- конструкционные легированные стали,
- инструментальные легированные стали,
- стали с особыми свойствами.
3. По структуре (после нормализации, охлаждение на воздухе) стали подразделяются на 5 структурных классов:
- перлитный (структура перлита, сорбита или тростита).
К ним относятся стали с низким содержанием легирующих
элементов, средним содержанием углерода. На С-образной кривой
линия охлаждения пересекает линии распада аустенита с
образованием феррито-цементитых смесей. К этой группе
относятся конструкционные машиностроительные стали.
- мартенситный (структура мартенсита).
К ним относятся среднелегированные и среднеуглеродистые стали.
За счет увеличения устойчивости аустенита, С-образная сдвигается
вправо и скорость охлаждения на воздухе становится больше
критической скорости закалки, поэтому аустенит на распадаясь
превращается в мартенсит. К этой группе относятся стали с
особыми свойствами, инструментальные стали, некоторые
конструкционные.
- аустенитный (структура аустенита).
К этой группе относятся высоколегированные, низкоуглеродистые
стали. Легирующие элементы значительно сдвигают С-образную
кривую вправо и понижают Мн в область отрицательных
температур. Тогда аустенит охлаждается до комнатной температуры
не распадаясь и не претерпевая мартенситное превращение. Т.о. в
этих сталях аустенит сохраняется в структуре при комнатной
температуре.
К этой группе относятся стали с особыми свойствами
(нержавеющие,жаростойкие).
- ферритный (структура феррита).
К ним относятся стали низкоуглеродистые и высоколегированные
(элементами, расширяющими α-область – хром, кремний). Стали
этой группы, не обладают высокими механическими свойствами и
относятся к сталям с особыми свойствами (физическими и
химическими).
- карбидный (структура мартенсит и карбиды).
К ним относятся высокоуглеродистые, средне- и высоколегирован-
ные стали. В составе обязательно наличие хотя бы одного
карбидообразующего элемента. Эти стали обладают высокими
характеристиками твердости и прочности.
По назначению – инструментальные стали.
Такое подразделение по структурным классам обусловлено тем, что с увеличением содержания легирующих элементов в стали возрастает устойчивость аустенита и одновременно снижается температурная область мартенситного превращения.