Изучение микроструктуры и свойств легированных сталей

Легированной сталью называется такая сталь, в состав которой, кроме железа и углерода, входят специальные легирующие элементы, изменяющиееесвойства (прочностные, физические, химические или технологические).

К легирующим элементам относятся никель, вольфрам, хром, ниобий, титан, кобальт, цирконий, медь, бор, азот и другие. Легирующими также могут быть элементы, которые присутствуют в углеродистой стали в виде постоянных (или случайных) примесей. Например, марганец и кремний, применяемые для раскисления, остаются в стали в небольшом количестве (< 1 %). Они считаются постоянными примесями. Если кремний и марганец специально введены в сталь в повышенном количестве, то они являются легирующими элементами, а стали называются легированные (марганцовистой при содержании Мn ³ 0,8 – 1 %, кремнистой при содержании Si ³ 0,5 %). В некоторых случаях сталь легируется фосфором, серой, селеном, теллуром для улучшения технологических свойств.

Легирующие элементы изменяют свойства фаз (феррита, аустенита, мартенсита, карбидов), из которых состоит структура стали. Легирующие элементы, не образующие карбиды (никель, кремний, кобальт, медь), полностью растворяются в феррите или аустените и изменяют их свойства.

Атомы карбидообразующих элементов растворяются в карбидежелеза или образуют содержания с углеродом (специальные карбиды), частично растворяясь в феррите. При нагреве выше критических точек эти легирующие элементы растворяются в аустените. Устойчивые карбиды титана, циркония, ванадия сохраняются в структуре до высоких температур. Следовательно, карбидообразующие элементы изменяют свойства феррита, карбидов, аустенита.

Легирующие элементы изменяют температуры полиморфных превращений железа, температуру эвтектоидной и эвтектической реакций и влияют на растворимость углерода в аустените. Элементы, расширяющие область существования g – фазы – g стабилизаторы – никель, марганец, углерод, азот, понижают температуру линии Аз (GS) и повышают температуру линии А₄ (N1), рис. 36 а, и уменьшают скорость охлаждения стали при закалке, увеличиваютпрокаливаемость– способность стали закаливаться на определенную глубину.

Рис. 36. Диаграмма состояния железо-легирующий элемент:

а – с открытой g – областью;

б – с замкнутой g – бластью;

в – влияние легирующих элементов на протяженность замкнутой g – области.

Элементы, замыкающие g – область (хром, молибден, вольфрам, ванадий, кремний, титан и другие) повышают температуру Аз и снижают А4, рис. 36 б, называютсяa– стабилизаторами, a – стабилизаторы могут уменьшать критическую скорость охлаждения и увеличивать прокаливаемость, но только при нагреве сплавов до температуры, при которой карбиды растворяются в аустените. Одновременное легирование несколькими элементами еще сильнее увеличивает прокаливаемость.

Растворяясь в аустените легирующие элементы замедляют изотермическое превращения аустенита. В процессе закалки стали происходит превращение аустенита в мартенсит, легирующие элементы несколько повышают пластичность мартенсита.