Что такое легирование и литейные сталеи

Легирующими называют элементы, специально вводимые в сталь для повышения ее свойств. Легированные стали обладают лучшими механическими свойствами после термической обработки (особенно в изделиях крупных сечений), более высокой прокаливаемостыо, имеют более мелкое зерно и дисперсную структуру. Эти стали более технологичны при термической обработке (при закалке их охлаждают в масле или на воздухе). Легирующие элементы по­вышают устойчивость мартенсита против отпуска и задерживают коагуляцию карбидов. Это приводит к повышению теплостойкости стали.

Рациональное легирование сталей обеспечивает и необходимый уровень специальных свойств: окалиностойкости, жаропрочности, коррозионной стойкости, износостойкости и др.

При маркировке сталей легирующие элементы обозначают сле­дующими буквами: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, Н – никель, М – молибден, П – фос­фор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, X – хром, Ц – цир­коний, Ч – редкоземельные элементы, Ю – алюминий. Цифры после букв указывают примерное содержание соответствующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры означает, что оно составляет ~ 1...1,5% и менее. Легированные стали выплавляют качественными (до 0,035% Р и до 0,035% S) или высококачественными (до 0,025% Р и до 0,025% S). Высококачественные стали обозначают буквой А в конце марки. Примерами марок качественных сталей могут служить стали 20Х, 12ХН2, 18ХГТ, 40ХН и др. К высококачественным отно­сятся стали 12Х2Н4А, 30ХМА, 38Х2МЮА и др.

Влияние углерода и легирующих элементов на некоторые ха­рактеристики сталей показано в табл.4.

Таблица 4

Влияние элементов на свойства сталей

В таблице приняты следующие обозначения: ↑ – повышает, ↑↑ – сильно повышает, ↑↑↑ – очень сильно повышает, ↓ – понижает, ↓↓ – сильно понижает, - – практически не влияет, ↑↓ – двойственный ха­рактер влияния.

Сильное влияние на повышение прочностных свойств и прокаливаемости оказывают комплексы Cr + Ni, Cr + Ni + Mo, Сг + Mn + Si и др. Дополнительное использование в комплексах небольших коли­честв ванадия, ниобия или титана обеспечивает получение более мелкой структуры и повышение механических свойств стали. Высо­кое легирование стали комплексами Cr + Al, Cr + Al + Si придает ей повышенную окалиностойкость. Получение в сталях однофазной структуры за счет высокого легирования элементамн-ферритизаторами (Сг, Si, Al, Mo) или элементами-аустенитизаторами (Ni, Мn или сочетания Ni + Cr, Mn + Ni + Cr, Mn +Ni + Cr +Ti и др.) обес­печивает их высокую антикоррозионную стойкость (нержавеющие стали).

Литейные стали. Маркировка, химические составы и регламентируемые механи­ческие свойства сталей приведены в ГОСТ 977-88 (на углеродистые и легированные стали) и ГОСТ 2176-77 (на высоколегированные стали со специальными свойствами). По назначению литейные стали подразделяют на три группы: 1 – для отливок общего назначения, 2 – для отливок ответственного назначения, 3 – для отливок особо ответственного назначения. В отливках из сталей группы 1 контролиру­ются внешний вид, размеры и химический состав. Для сталей груп­пы 2 регламентируются также прочностные свойства и относитель­ное удлинение, а для сталей группы 3– и ударная вязкость. Сорта­мент отливок регламентирован ГОСТ 2009-83 и 3212-92.

Углеродистые конструкционные стали для отливок подразде­ляются на марки: 15Л, 20Л...55Л. Число показывает содержание уг­лерода в сотых долях процента. Маркировка легированных литей­ных сталей аналогична маркировке качественных деформируемых сталей, но с буквой Л в конце марки (например, 35ГЛ, ЗОГСЛ, 08ГДНФЛ). Отливки из углеродистых и легированных сталей под­вергают термической обработке – нормализации с отпуском или закалке с отпуском.

По прочностным свойствам литейные стали близки к дефор­мируемым, но уступают последним по ударной вязкости.

Из литых сталей изготавливают детали, подвергающиеся удар­ным нагрузкам (захваты, блоки, ролики, копровые бабы), детали сварно-литых конструкций (стали 15Л, 20Л); ответственные детали автосцепки (стали 20Л, 20ГЛ, 20ГТЛ); корпуса подшипников, средненагруженные зубчатые колеса, оси, валы (сталь 25Л); рычаги, ба­лансиры, корпуса редукторов, шкивы, кронштейны, бандажи, махо­вики (сталь 30Л); корпуса и обоймы турбомашин, вилки, крон­штейны и др. (сталь 35Л); стаканы, корпуса, муфты, тормозные диски, шестерни, кожухи, вилки, звездочки, храповики, клинья, де­тали лебедки (стали 40Л и 45Л); шестерни, бегунки, колеса, зубча­тые венцы, валы, кулачковые муфты, крестовины, детали экскава­торов и дробильно-размольного оборудования (стали 35ГЛ, 30ХГСД, 35ХГСД, 35ХМЛ, 40ХЛ); различные детали для судо­строения (стали 08ГДНФЛ, 13НДФГЛ, 12ДН1МФЛ); детали дро­бильно-размольного оборудования, трамвайные и железнодорож­ные стрелки и крестовины, гусеничные траки, зубья ковшей экска­ваторов (сталь 110Г13Л).