Легирующие элементы в стали

Легирующие элементы (от лат. ligo – связываю) специально вводят в сталь для достижения требуемых свойств. Легирующие элементы могут образовывать следующие фазы:

- твердые растворы, например, Mn и Ni в Fe);

- легированный цементит или специальные карбиды (Fe, Cr)₃C, W₃C и др.;

- интерметаллические соединения Fe₃Ti, Fe₇W₆ и др.

Все легирующие элементы так или иначе влияют на диаграмму железо – цементит. Например, Mn и Ni расширяют область существования аустенита, делая его устойчивым вплоть до комнатной температуры, и сужают область феррита. При достаточно большом содержании этих элементов сталь при комнатной температуре имеет аустенитную структуру (и становится парамагнитной).

Cr, Mo, W, V, Al, Si и другие элементы сужают область существования аустенита и расширяют область феррита. При достаточно большом содержании этих элементов сталь не претерпевает a↔g-превращения, поэтому такие стали называют ферритными (их бесполезно закаливать). Если g-область сильно сужена и a↔g-превращения протекают частично, то сталь называют полуферритной.

Fe, Mn, Cr, Mo, W, Nb, V, Zr и Ti образуют с углеродом высокопрочные твердые карбиды (чем правее металл в этом ряду, тем прочнее карбид). Путем введения этих элементов сталь можно сделать более износостойкой и жаропрочной. Наиболее важное значение имеют карбиды вольфрама, молибдена и титана, которые устойчивы при температурах до 600–1000^оС. На основе этих карбидов изготавливают быстрорежущие стали и твердые сплавы, используемые при изготовлении резцов, фрез, сверл и т. д.

Структурные классы легированных сталей

Исходя из структуры, получаемой после охлаждения на воздухе небольших образцов, нагретых до температуры 900^оС, различают следующие классы легированных сталей: перлитный, бейнитный, мартенситный, ферритный, аустенитный и карбидный (ледебуритный). Стали перлитного и бейнитного класса содержат сравнительно небольшое количество легирующих элементов; мартенситные – больше, а ферритные, аустенитные и карбидные – еще большее количество легирующих элементов.

Цели легирования

1. Достижение мелкозернистой структуры для повышения механических свойств (прочности, твердости, пластичности, вязкости).

2. Достижение специальных свойств (коррозионной стойкости, кислотоупорности, жаростойкости или жаропрочности, высокого электросопротивления, определенного коэффициента линейного расширения, особых магнитных свойств и т. п.).

3. Достижение лучших технологических свойств (обрабатываемости резанием, жидкотекучести, свариваемости и др.).

4. Увеличение прокаливаемости (уменьшение критической скорости закалки) с целью снижения закалочных напряжений, а, следовательно, снижения вероятности растрескивания и коробления закаливаемых деталей.

Раздел 2