что дает никель в стали

Влияние химического состава на механические свойства стали

Каждый химический элемент, входящий в состав стали, по-своему влияет на ее механические свойства – улучшает или ухудшает.

Углерод (С), являющийся обязательным элементом и находящимся в стали обычно в виде химического соединения Fe₃C (карбид железа), с увеличением его содержания до 1,2% повышает твердость, прочность и упругость стали и уменьшает вязкость и способность к свариваемости. При этом также ухудшаются обрабатываемость и свариваемость.

Кремний (Si) считается полезной примесью, и вводится в качестве активного раскислителя. Как правило, он содержится в стали в небольшом количестве (в пределах до 0,4%) и заметного влияния на ее свойства не оказывает. Но при содержании кремния более 2% сталь становится хрупкой и при ковке разрушается.

Марганец (Mn) содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве (0,3-0,8%) и серьезного влияния на ее свойства не оказывает. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы, повышает твердость и прочность стали, ее режущие свойства, увеличивает прокаливаемость, но снижает стойкость к ударным нагрузкам.

Сера (S) и фосфор (Р) являются вредными примесями. Их содержание даже в незначительных количествах оказывает вредное влияние на механические свойства стали. Содержание в стали более 0,045% серы делает сталь красноломкой, т.е. такой, которая при ковке в нагретом состоянии дает трещины. От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды (MnS). Содержание в стали более 0,045% фосфора, делает сталь хладноломкой, т.е. легко ломающейся в холодном состоянии. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

Ниобий (Nb) улучшает кислостойкость стали и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Титан (Тi) повышает прочность, плотность и пластичность стали, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии. Повышает прокаливаемость стали при малых содержаниях и понижает при больших.

Молибден (Mo) повышает прочностные характеристики стали, увеличивает твердость, красностойкость, антикоррозионные свойства. Делает ее теплоустойчивой, увеличивает несущую способность конструкций при ударных нагрузках и высоких температурах. Затрудняет сварку, так как активно окисляется и выгорает.

Никель (Ni) увеличивает вязкость, прочность и упругость, но несколько снижает теплопроводность стали. Никелевые стали хорошо куются. Значительное содержание никеля делает сталь немагнитной, коррозионностойкой и жаропрочной.

Вольфрам (W) образуя в стали твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивает твердость и красностойкость. Увеличивает работоспособность стали при высоких температурах, ее прокаливаемость, повышает сопротивление стали к коррозии и истиранию, уменьшает свариваемость.

Ванадий (V) обеспечивает мелкозернистость стали, повышает твердость и прочность. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем. Снижает чувствительность стали к перегреву и улучшает свариваемость.

Кобальт (Co) повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Алюминий (Аl) является активным раскислителем. Делает сталь мелкозернистой, однородной по химическому составу, предотвращает старение, улучшает штампуемость, повышает твердость и прочность, увеличивает сопротивление окислению при высоких температурах.

Медь (Cu) влияет на повышение коррозионной стойкости, предела текучести и прокаливаемости. На свариваемость не влияет.

Для всестороннего понимания и анализа процессов, происходящих при легировании и деформировании сталей, важную роль играет знание зависимостей между химическим составом и механическими свойствами.

Целью настоящих исследований является изучение комплексного влияния химического состава на предел текучести σ_Т арматурной стали класса А500С.

В течение сентября и октября текущего года в Лаборатории испытаний строительных материалов и конструкций ГБУ «ЦЭИИС» проводились испытания образцов арматурных стержней диаметром от Ø16 до Ø36. Были выполнены более 30 параллельных испытаний. При этом для одной и той же пробы данного типоразмера арматурных стержней определяли фактическую массовую долю химических элементов с помощью оптико-эмиссионного спектрометра PMI-MASTER SORT (рис.1) и механические свойства стали при помощи испытательной машины ИР-1000М-авто (рис.2).

Для обеспечения достоверности статистических выводов и содержательной интерпретации результатов исследований сначала определили необходимый объем выборки, т.е. минимальное количество параллельных испытаний. Так как в данном случае испытания проводятся для оценки математического ожидания, то при нормальном распределении исследуемой величины минимально необходимый объем испытаний можно найти из соотношения:

где υ – выборочный коэффициент вариации,

t_α,k – коэффициент Стьюдента,

k = n-1 – число степеней свободы,

Как правило, генеральный коэффициент вариации γ неизвестен, и его заменяют выборочным коэффициентом вариации υ, для определения которого нами была проведена серия из десяти предварительных испытаний.

По результатам проведенных испытаний и выполненных расчетов при доверительной вероятности Р=0,95 получен необходимый объем выборки, равной n=26. Фактическое количество испытаний, как было сказано выше, составило 36.

Массив данных, полученных по результатам проведенных параллельных испытаний, был обработан с помощью многофакторного корреляционного анализа.

Уравнение множественной регрессии может быть представлено в виде:

где X=(X₁, X₂,…, X_m) – вектор независимых (исходных) переменных; β – вектор параметров (подлежащих определению); ε – случайная ошибка (отклонение); Y – зависимая (расчетная) переменная.

Разработка множественной корреляционной модели всегда сопряжена с отбором существенных факторов, оказывающих наибольшее влияние на признак-результат. В нашем случае из дальнейшего рассмотрения были исключены три элемента (Аl, Тi, W) по причине их низкой массовой доли (

Если вы нашли ошибку: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Источник

Влияние химических элементов на свойства стали.

Каталог

Наш Instagram

Влияние хим. элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe₃C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Источник

Полезное

Обозначение легирующих элементов в нержавеющих сталях

Х- хром
Н — никель
К — кобальт
М — молибден
В — вольфрам
Т — титан
Д — медь
Г — марганец
С — кремний
Ф — ванадий
Р — бор
А — азот
Б — ниобий
Е — селен
Ц — цирконий
Ю — алюминий

Влияние основных легирующих элементов на свойства нержавеющих сталей

Хром (Cr):

Никель (Ni):

Молибден (Mo):

Титан (Ti):

Углерод (C):

Соответствие зарубежных стандартов российскому ГОСТу.

В настоящее время почти весь нержавеющий металлопрокат, поставляемый к нам в страну маркируется по стандартам AISI, DIN, либо EN. Рассмотрим соответствие этих стандартов российскому ГОСТу.

AISI (American Iron and Steel Institute), Американский Институт Чугуна и Стали

Обозначения стандартных нержавеющих сталей по AISI включает в себя три цифры и следующие за ними в ряде случаев одну, две или более буквы. Первая цифра обозначения определяет класс стали.
Так обозначения аустенитных нержавеющих сталей начинаются с цифр 2ХХ и 3ХХ. В то время как ферритные и мартенсистные стали определяются в классе 4ХХ. При этом последние две цифры, в отличие от углеродистых и легированных сталей, никак не связаны с химическим составом, а просто определяют порядковый номер стали в группе.

Дополнительные буквы и цифры, следующие за цифрами, используемые для обозначения нержавеющих сталей по AISI означают:

xxxL – Низкое содержание углерода стандарты принятые European Committee for Standartization (CEN) Европейским Комитетом по Стандартизации
В них марка стали представляется в виде 1.XXXX, где:

По номеру группы можно однозначно определить к какому типу относится та или иная сталь.

1.40ХХ – 1.45ХХ – нержавеющие стали
1.46ХХ – 1.49ХХ – жаропрочные и кислотостойкие стали

1.4016 — AISI 430 (12Х17)
1.4301 — AISI 304 (03Х18Н10)
1.4541 – AISI 321 (08х18Н10Т)
1.4842 – AISI 410S (10Х23Н18)

Таблица соответствия марок стали гост со стандартами других стран.

Немного теории: Магнитное поле с определенным уровнем своей напряженности действует на помещенные в него тела таким образом, что намагничивает их.

Ферромагнетики — это такие вещества, к которым, в частности, относятся железо, кобальт и никель способны активно намагничиваться, даже будучи помещенными в слабые магнитные поля. Мы привыкли определять нержавеющую сталь при помощи магнита. Считается, что «настоящая нержавейка» не должна магнитится, но на практике такой способ диагностики не всегда позволяет получить достоверный результат. Почему так происходит?

Под термином «нержавейка» понимают различные материалы, состав которых может содержать в своей структуре феррит, мартенсит или аустенит, а также их различные комбинации. Характеристики нержавеющей стали зависят от фазовых составляющих и их соотношения. Итак, какая нержавейка магнитится, а какая нет?

Нержавеющие стали, которые магнитятся.

Мартенситы и ферриты – сильные ферромагнетики. Таким материалам не страшна коррозия, но при этом магнит на них воздействует, как и на обычную углеродистую сталь. К представленной группе нержавейки относятся хромистые или хромоникелевые стали следующих групп:

Нержавеющие стали, которые не магнитятся.

Чаще всего для производства нержавеющей стали используется хромоникелевый или хромомаргенцевоникелевый сплав. Эти материалы являются немагнитными.

При добавлении в сплав марганца свыше 9% он становится немагнитным.

Примером являются импортные стали AISI 201 (12Х15Г9НД) и AISI 202 (12Х17Г9АН4).

Что такое «Пищевая нержавейка»?

Нередко нам приходится слышать термин «пищевая нержавейка». Разберёмся, что за этим кроется. Ни где в Российском ГОСТе такого термина мы не найдём, так как это название было придумано в быту.
«Пищевая нержавейка» это то, с чем мы ежедневно сталкиваемся у себя на кухне (окантовка поверхности многих кухонных плит, вытяжка, камера микроволновой печи и т.п.), в ванной комнате (барабан стиральной машины), в торговых центрах (лестничные перила) и т.д. и т.п.

В целом «пищевая нержавейка» — универсальный продукт для многих сфер деятельности, где требуется определённая коррозионная стойкость, кислотостойкость, жаростойкость и жаропрочность. Вот некоторые наиболее распространённые и востребованные на сегодняшний день марки пищевой «нержавейки» и сферы их применения:

Источник

Легирующие элементы и примеси в сталях: краткий справочник

Характеристики углеродистых сталей далеко не всегда соответствуют требованиям, которые предъявляют к материалам различные отрасли промышленности. Чтобы откорректировать их свойства, используют легирование.

Чем отличаются легирующие элементы от примесей

В углеродистых сталях, помимо основных элементов – железа и углерода, есть и другие: марганец, сера, фосфор, кремний, водород и прочие. Их считают примесями и делят на несколько групп:

Для каждой из перечисленных примесей характерно определенное процентное содержание. Так, марганца в стали, как правило, не более 0,8 %, кремния – не более 0,4 %, фосфора – не более 0,025 %, серы – не более 0,05 %. Если обычного содержания некоторых элементов недостаточно, для получения сталей с нужными свойствами в них дополнительно вносят в определенных количествах специальные примеси, которые называют легирующими добавками.

Химический состав стали, формируемый в процессе выплавки, напрямую влияет на ее механические свойства

Как примеси влияют на свойства сталей

Примеси оказывают разное влияние на характеристики сталей:

Как легирующие элементы влияют на свойства сталей

Легирующие добавки вводят в стали для изменения их характеристик:

Виды легированных сталей

В зависимости от содержания легирующих элементов, стали делят на три вида:

Заключение

Примеси неизбежно присутствуют в сталях, но ряд из них являются вредными (к ним относятся скрытые примеси), поэтому их содержание стараются минимизировать. Легирующие элементы добавляют в стали целенаправленно для улучшения их свойств или получения специфических характеристик.

Источник

Какие свойства никель придает стали

Условные обозначения химических элементов:

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

равной прочности стали с 2,5% Сг обнаруживают минимальную вязкость. Ударная вязкость образцов стали с 0,24—0,28% С, имеющих твердость в пределах 228—217 Нв при различных температурах испытания, в зависимости от содержания хрома в сопоставлении со свойствами углеродистой стали показана (по на

шим наблюдениям) на рис. 195. Данные рисунка не подтверждают снижения ударной вязкости в случае испытания стали, содержащей 2,66% Сг при комнатной температуре.

Можно лишь отметить, что указанная сталь проявляет несколько большую тенденцию к хладноломкости, чем стали с более низким содержанием хрома. Однако и при высоком содержании хрома склонность хромистой стали к хладноломкости ниже, чем нелегированной.

В. Д. Садовский и Н. П. Чупракова, исследовавшие влияние хрома на ударную вязкость стали с 0,37—0,40% С в улучшенном состоянии, также не обнаружили ухудшения вязкости при комнатных температурах испытаний в связи с изменением концентрации хрома от 1,35 до 4,35%. Между тем одна из плавок изученных сталей имела 2,28% Сг, т. е. количество, близкое к тому, которое, по указанию И. Е. Конторовича, должно давать ухудшение вязкости.

Интересно отметить, что, по данным В. Д. Садовского и Н. П. Чупраковой, «испытания при низких температурах не обнаружили заметного влияния изменений в содержании хрома на температурный запас вязкости после высокого отпуска, хотя следует отметить, что сопоставление ударной вязкости при температурах жидкого азота указывает на увеличение склонности к хрупкому излому при повышении хрома».

«При определении температурного запаса вязкости по точке падения величины ударной вязкости до 40% от ее максимального значения тенденция к возрастанию склонности к хрупкому излому при увеличении содержания хрома становится более ясной». Таким образом, влияние хрома на механические свойства термически улучшенной стали в основных чертах сводится к следующему. В случае высокого отпуска стали при одинаковой температуре хром повышает прочность, одновременно понижается вязкость, причем чем ниже температура высокого отпуска, тем сильнее обнаруживается указанное влияние хрома.

При одинаковой прочности (твердости) ударная вязкость хромистых сталей практически не зависит от содержания в стали хрома (в пределах 1,0—4,0%) и определяется в основном количеством присутствующего в. стали углерода.

Температурный запас вязкости с увеличением содержания хрома от 1,5 до 4% несколько снижается, однако влияние хрома в этом направлении столь слабо выражено, что во многих случаях в практике может не учитываться.

При любом содержании хрома в пределах от 1,0 до 4,0% хромистые стали, обработанные на одинаковую прочность с нелегированными, при равном содержании углерода превосходят нелегированные в отношении вязкости и температурного запаса вязкости.

Никель. Влияние никеля на механические свойства термически улучшенной стали иллюстрируется данными табл. 70. Из таблицы видно, что никель незначительно повышает прочность, сохраняя ударную вязкость примерно на одном уровне.

В табл. 71 показано влияние никеля на ударную вязкость, после закалки и отпуска при 550, 625 и 650°.

Данные табл. 71 также не свидетельствуют о существенном повышении ударной вязкости при легировании никелем, несмотря на то, что содержание этого элемента изменялось в широких пределах. Благоприятное действие никеля на свойства термически

улучшенной стали заключается не в увеличении абсолютных значений вязкости при комнатной температуре испытания, а в резком повышении температурного запаса вязкости. На рис. 196 показано по данным автора влияние никеля на ударную вязкость стали с 0,23—0,28% С после закалки и высокого отпуска при 560° (твердость образцов 228—217 Нв) в зависимости от температуры испытания. С увеличением содержания в стали никеля хладноломкость стали заметно уменьшается. Сталь с 2,81% Ni даже при —175° не переходит полностью в хрупкое состояние.

В. Д. Садовский и Н. П. Чупракова, исследовавшие влияние никеля в интервале его концентрации от 1,57 до 4,50% на хладноломкость стали с 0,39—0,40% С, указывают, что «ни одна из испытанных никелевых сталей не дала полностью хрупкого

излома даже при температуре жидкого азота». Таким образом, влияние никеля на свойства улучшенной стали в основном сводится к сохранению ударной вязкости при отрицательных температурах испытаний. Другими словами, никелевые стали, особенно

при содержании в их составе 2,5% Ni и более, характеризуются малой склонностью к хрупкому разрушению.

Медь. Стали, содержащие более 0,35% Си, подвержены при отпуске в районе температур 400—600° дисперсионному твердению, в результате чего наблюдается повышение твердости и прочности при одновременном снижении пластичности и резком падении ударной вязкости (рис. 197). Чем ниже температура отпуска, тем продолжительнее должна быть выдержка для достижения максимального эффекта.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.02.24 Обновлено: 2020.03.04

Процесс легирования – это технология введения в расплавленный металл частиц других металлов, для образования однородной фактуры сплава и улучшения его качеств.

Впервые до целенаправленного легирования додумались во второй половине 19-го века: в 1858 году француз Мюшетт придумал сталь для станочных резцов, в которую был добавлен марганец, углерод и вольфрам. А в массовое производство пошла сталь включениями углерода и марганца, придуманная в 1882 году англичанином Робертом Эбботом Гадфильдом.

Какие свойства приобретает сталь в результате легирования?

Каждый химический элемент, вводимый в сплав, меняет его. Имеют значение пропорции примесей. К тому же, один сплав обычно легируют не одним металлом-добавкой, а несколькими.

Легирование никелем

В стальных сплавах металл никель в качестве примеси способствует тому, чтобы в сплаве образовывался и сохранялся аустенит. Это повышает прочность сплава. Если к никелю добавлен хром и молибден, то никель становится еще более эффективным для термического упрочнения стали, повышения ее вязкости, а также усталостной прочности. Никелем легируют ферритные стали – они становятся более вязкими. Хромоникелевые аустенитные стали лучше сопротивляются явлению коррозии.

Легирование хромом

Хром – элемент, который, при добавлении, улучшает стойкость металлического сплава к явлениям окисления и коррозии, делает сталь более прочной даже при случаях нагрева до высоких температур, а также улучшает возможности высокоуглеродистого сплава к сопротивлению износу по фактору трения. В процессе легирования хромом образовываются карбиды хрома – благодаря им сталь становится тверже и прочнее: из нее можно изготавливать ножи и прочие колюще-режущие инструменты. Если же в стали при этом присутствуют также примеси олова, мышьяка, фосфора или сурьмы, то они сегрегируют к границам «зерен» сплава, что вызывает повышение отпускной хрупкости стального сплава.

Легирование молибденом

Молибден создает большее термическое упрочнение в процессе отпуска стали (после ее закалки). Стали с примесью молибдена при высоких температурах характеризуются меньшей ползучестью.

Также при включении молибдена, уменьшается зернистость сплава и сталь становится прочнее. Улучшается показатель стойкости к коррозионным процессам (в том числе, к точечной коррозии).

При сочетании металлов-добавок по технологии легирования получают хромоникельмолибденовые, хромистые и хромоникелевые сплавы, которые обладают оптимальными наборами параметров для определенных условий эксплуатации и способов обработки.

Предлагаем купить листовой прокат легированных сталей в Днепре у ТД ТАМ

Мы можем предложить две разновидности листового проката из легированной стали: инструментальную и конструкционную.

Отличия в том, что инструментальная сталь легированная (из которой действительно делают элементы различных инструментов) характеризуется большей твердостью и большей устойчивостью к механическим воздействиям (ударам, трению, деформации).

Конструкционная легированная сталь мягче, что облегчает вырезание из нее нужных элементов, но обладает большей усталостной прочностью.

Приобрести у нас прокат (оптом, в розницу, а также в формате регулярных поставок) вы можете, как находясь в Днепре, так и оформив заказ с транспортировкой металлопроката в любой город Украины.

Уточнения и подробности возможны по телефонам: 050 400-08-84; 098 181-69-58; 050 4000-581; 096 952-63-05.

Влияние легирующих элементов на свойства металлургических сплавов изучено по-настоящему хорошо. Благодаря этому введение в сталь различных добавок позволяет получать композиции с уникальными технологическими характеристиками.

1 Группы легирующих элементов и их обозначение

Компоненты, используемые для улучшения свойств сталей, разбивают по степени применимости на три подвида:

К третьему подвиду относят и остальные элементы для легирования – азот (обозначение – А), медь (Д), алюминий (Ю), кобальт (К), бор (Р), фосфор (П), углерод (У), селен (Е). Отметим, что подобное деление обусловлено в основном экономическими соображениями, а не сугубо физическими.

Элементы для легирования стального сплава

По характеру воздействия добавок на модификации (полиморфные), наблюдаемые в сталях, все легирующие элементы делят на два типа. К первому относят компоненты, которые при любых температурах способны стабилизировать аустенит (в основном это марганец и никель). Вторая группа включает в себя элементы, которые при определенном своем содержании могут поддерживать ферритную структуру сплава (алюминий, молибден, хром, кремний, вольфрам и другие).

По механизму влияния на свойства и структуру сталей добавки причисляют к одному из трех типов:

Правильное легирование сталей подразумевает введение в их состав тех или иных добавок в строго рассчитанных количествах. При этом оптимальных результатов металлурги достигают в случае, когда «насыщение» сплавов производится комплексно.

2 Какие свойства сплавов позволяют улучшить легирующие добавки?

Легирование дает возможность снизить деформируемость изделий, производимых из различных марок стали, снизить порог хладоломкости сплавов, свести к минимуму риск появления в них трещин, значительно уменьшить скорость закалки и при этом повысить:

Все легирующие добавки (кроме кобальта), повышают прокаливаемость сталей и уменьшают (зачастую весьма существенно) критическую скорость закалки. Достигается это за счет увеличения устойчивости аустенита в сплавах.

Образующие карбиды элементы способны замещать атомы железа в цементите. За счет этого карбидные фазы становятся более устойчивыми. При выделении карбидов из твердых растворов наблюдается явление дисперсионного упрочнения сталей. Другими словами – сплав получает дополнительную твердость.

Дисперсионное упрочнение сталей

Также карбидообразующие добавки делают процесс коагуляции дисперсных частиц в сталях более медленным и препятствуют (при нагреве) росту аустенитных зерен. Благодаря таким легирующим компонентам сплавы становятся намного прочнее.

Аустенитную структуру улучшают любыми легирующими добавками, кроме углерода и азота.

Насыщенный добавками аустенит получает высокий показатель теплового расширения, становится парамагнитным, у него снижается предел текучести. Композиции с подобными свойствами незаменимы для выпуска немагнитных и нержавеющих сталей. Аустенитные сплавы, кроме того, прекрасно упрочняются при грамотно проведенной холодной деформации.

Стали, имеющие ферритную структуру, при легировании также обретают добавочную прочность. Максимальное влияние на этот показатель оказывает хром и марганец. Обратите внимание! Прочностные характеристики сплавов увеличиваются при снижении геометрических параметров ферритных зерен.

3 Влияние конкретных химических элементов на свойства стали – коротко об основном

Давайте посмотрим, какие именно характеристики готовых сплавов способны улучшить те или иные добавки:

Влияние химических элементов на свойства стали

Больше влияние на характеристики сталей оказывает кремний. Он повышает окалийность и упругость металла. Если кремния содержится около 1,5 %, сталь становится вязкой и при этом очень прочной. А при его добавке более 1,5 % сплавы обретают свойства магнитопроницаемости и электросопротивления.

Грамотно выполненное легирование сталей обеспечивает их особыми свойствами. И современные металлургические предприятия активно используют этот процесс для выпуска широкой номенклатуры сплавов с высокими технологическими характеристиками.

Источник