Что значит легированная сталь – Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

alexxlab | 04.06.2019 | 0 | Вопросы и ответы

Содержание

легированная сталь - это... Что такое легированная сталь?

ЛЕГИ́РОВАННАЯ СТАЛЬ, углеродистая сталь, в которую специально введены легирующие элементы с целью улучшения ее эксплуатационных и технологических свойств (см. Легирование (см. ЛЕГИРОВАНИЕ)). Различают низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов до 2,5%), среднелегированную (2,5—10%) и высоколегированную (свыше 10%) сталь. Легирующие элементы вводятся в сталь в различных количествах и в разных сочетаниях — по 2, по 3 и более элементов. Легированные стали используют для изготовления тяжелонагруженных деталей ответственного назначения, так как они обладают более высокими механическими характеристиками.
Легированные стали могут быть классифицированы по структуре, по составу и по назначению.
По равновесной структуре стали можно классифицировать как:
а) доэвтектоидные стали, имеющие в структуре избыточный феррит (см. ФЕРРИТ). Стали ферритного класса содержат элементы, сужающие область существования аустенита (см. АУСТЕНИТ); эти стали могут сохранять структуру феррита (иногда в сочетании с карбидами) при любых температурах (вплоть до расплавления) и после охлаждения с любой скоростью;
б) эвтектоидные стали, имеющие перлитную структуру;
в) заэвтектоидные стали, имеющие в структуре избыточные (вторичные) карбиды;
г) ледебуритные стали, имеющие в структуре первичные карбиды. В литом виде избыточные карбиды вместе с аустенитом образуют эвтектику — ледебурит (см. ЛЕДЕБУРИТ), который при ковке или прокатке разбивается на обособленные карбиды и аустенит. Стали карбидного класса содержат повышенное количество углерода и карбидообразующих элементов.
Большинство легирующих элементов влияют на диаграмму состояния C – Fe. Граница между доэвтектоидными и заэвтектоидными сталями, заэвтектоидными и ледебуритными в легированных сталях лежит при меньшем содержании углерода, чем в углеродистых.
Исходя из структуры стали, получаемой после охлаждения на воздухе, можно выделить перлитный, мартенситный и аустенитный классы сталей. Стали перлитного класса имеют структуру перлита (см. ПЕРЛИТ (в металловедении)) или его разновидностей: сорбита (см. СОРБИТ (в металловедении)), троостита (
см.
ТРООСТИТ), а также перлита с ферритом или с заэвтектоидными карбидами. Стали мартенситного класса характеризуются пониженной критической скоростью закалки и имеют после нормализации структуру мартенсита (см. МАРТЕНСИТ). Стали аустенитного класса имеют сильно пониженную температуру распада аустенита, который сохраняется в структуре стали даже при комнатной температуре. Получение этих классов сталей обусловлено тем, что по мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения понижается.
В зависимости от состава — наличия в стали тех или иных легирующих примесей — легированные стали классифицируются как никелевые, хромистые, хромоникелевые и т. д.
При легировании углеродистых сталей: марганец увеличивает прочность, твердость и сопротивление стали износу; кремний и хром повышают прочность и жаростойкость; медь повышает стойкость стали к атмосферной коррозии; никель способствует улучшению вязкости без снижения прочности. Низколегированные стали имеют более высокие механические свойства, чем малоуглеродистые. Стали, содержащие никель, хром и медь, высокопластичны, хорошо свариваются, их с успехом используют для сварных и клепаных конструкций промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов, нефтерезервуаров, труб и др.
По назначению может быть: легированная конструкционная сталь (см. КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ), легированная сталь специального назначения и легированная инструментальная сталь (см. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СТАЛЬ).
В отличие от маркировки углеродистых сталей буквы в марке низколегированных сталей показывают наличие в стали легирующих примесей, а цифры — их среднее содержание в процентах. Предшествующие буквам цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Для маркировки стали каждому легирующему элементу присвоена определенная буква:
С — кремний, В — вольфрам, Г — марганец, Ю — алюминий, Х — хром, Д — медь, Н — никель, К — кобальт, М — молибден, Б — ниобий, Т — титан.
Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода (в сотых долях процента для инструментальных и нержавеющих сталей). Буквой указан легирующий элемент и последующими цифрами — его среднее содержание, например, сталь марки 3Х13 содержит 0,3% С и 13% Сr, сталь марки 2Х17Н2 — 0,2 % С, 17 % Сг и 2 % Ni. При содержании легирующего элемента менее 1,5 % цифры за соответствующей буквой не ставятся, например, 1Г2С, 12ХН3А. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной, буква Ш — особо высококачественной. Например, легированная конструкционная сталь марки 1Г2С содержит 0,1 % углерода, 2 % марганца и 1 % кремния.
Большинство марок легированных сталей приобретает высокие механические характеристики только после соответствующей термической обработки, которая сопровождается фазовыми превращениями и делает структуру сталей более мелкозернистой. Легированные стали обладают более глубокой прокаливаемостью деталей тех же размеров, чем из углеродистых сталей. Большинство легирующих элементов снижают температуру мартенситного превращения и улучшают качество остаточного аустенита в структуре.

dic.academic.ru

описание, технология сварки, маркировка и особенности

В наше время достаточно сложно переоценить значение продуктов металлургии, которые широко используются в промышленности, строительстве, изготовлении бытовой утвари, предметов домашнего пользования. Но особого внимания заслуживают легированные стали, без которых большое количество отраслей (машиностроительная, нефтехимическая, энергетическая, пищевая, изготовление специальных конструкций, основным назначением которых является работа в агрессивных условиях) не смогли бы выполнять свои основные функции.

Возникает закономерный вопрос: а что же такое легированная сталь, ее сплавы? Какая существует классификация легирующих элементов? Каковы основные характеристики и свойства высоколегированной стали? На эти и некоторые другие вопросы мы постараемся максимально развернуто ответить в нашей статье.

Что такое легированная сталь?

Давайте сначала выясним, что же представляет собой этот металл. Легированная стальсплав железа с углеродом, который имеет в своем составе специальные элементы, влияющие на главные механические или физические свойства конечной продукции металлургической отрасли. Элементы, которые добавляются к основному составу сплава, называются легирующими. Хром, никель, ванадий, марганец, медь – их основная группа.

Виды стали

Существует классификация легирующих элементов, которая основывается на их процентном содержании в сплаве:

  • Высоколегированная сталь 10-50 %.
  • Среднелегированная 2,5-10 %.
  • Низколегированная до 2,5 %.

Виды: высоколегированные стали, сплавы

Рассмотрим еще один интересный момент. Высоколегированная сталь и ее сплавы также имеют классификацию. Каждый из нижеприведенных видов применяется в определенных условиях:

  • Жаростойкие или жаропрочные стали.
  • Коррозионно-стойкие.

Исходя из процентного содержания легирующего элемента, различают следующие виды:

  • Хромомарганцевая сталь.
  • Хромоникелевая.
  • Хромистая.

Использование высоколегированных сталей

Где же применяется такой металл? Высоколегированные стали и их сплавы являются неотъемлемыми компонентами в производстве различной продукции. Следующие отрасли не могут обойтись без их использования:

  • Химическая.
  • Нефтяная промышленность.
  • Машиностроение.
  • Строительство.
  • Изготовление конструкций, основным назначением которых является работа в агрессивных условиях (высокая температура, перепады).

Добавление легирующих элементов позволяет достичь определенных механических свойств. Поэтому высоколегированная сталь используется как хладостойкий компонент. Особенно часто этот металл встречается в машиностроении. Самыми популярными являются высоколегированные аустенитные стали, в составе которых легированный компонент занимает около 55 %, а все остальное – железо, хром (около 18 %), никель (8 %). Легирующие компоненты подобного состава определяют дальнейшее назначение изготовленной продукции.

Использование коррозионно-стойких сталей

Коррозионно-стойкие высоколегированные стали используют в газовой среде или щелочной кислоте. Характерным их отличием является пониженное содержание углерода – приблизительно 0,12 %. Дальнейшее легирование и термическая обработка позволяют получить особый сплав, который может противостоять агрессивным условиям газовой или жидкометаллической среды.

Использование сталей, содержащих вольфрам или молибден на уровне 7 % и бор, позволяет работать при температуре до 1100 градусов. Вольфрам и молибден – элементы, которые относятся к упрочнителям. Для повышения окалиностойкости производимой продукции в качестве легирующих элементов добавляются кремний или алюминий. Такие конструкции могут использоваться как нагревательные элементы или печи.

Основные характеристики металла

Высоколегированная сталь имеет свойства и характеристики, которые позволяют более широко использовать производимую продукцию. Подобные стали обладают следующими характеристиками:

  • Прочность (достигается благодаря термической обработке).
  • Коррозионная стойкость.
  • Стойкость к деформационным процессам.
  • Пластичность (в сравнении с углеродистой сталью пластичность в разы больше).
  • Немагнитность (стали, используемые в машиностроении).
  • Упругость.
  • Закаленность.
  • Свариваемость.

Благодаря тому, что формула сплава является различной, свойства получаются разнообразные. Структура легко меняется благодаря термической обработке и легирующим компонентам. Таким образом, можно получить свойства, которые требуются по условиям проекта. К примеру, высоколегированная 18 % хромистая сталь может иметь в составе никель, который дает возможность получить коррозионную стойкость и хладноломкость.

Сварка высоколегированных сталей позволяет получить продукцию, которая может использоваться в любых климатических условиях. Так, метод штампосварки позволяет использовать конечный продукт в критически низких температурах – до минус 253 градусов по Цельсию. Специальная обработка кремнием позволяет получить ферросилиды, которые могут работать в сильных кислотах (азотной, фосфорной и других).

Высоколегированная сталь отличается твердостью, высокой способностью к истиранию. Так, кислотоупорными материалами являются – С15 и С17, а хром, ванадий и марганец повышают износостойкость сплава.

Виды высоколегированных сталей по тепловым свойствам

Исходя из тепловых характеристик, существует следующая классификация:

  • Платинит (ЭН42) – используется для производства электродов, которые используются в лампах накаливания. Это объясняется тем, что коэффициент расширения такой же, как у стекла.
  • Элинвар (Х8Н36) – идеально подходит для часовых пружин и измерительных приборов. Это объясняется тем, что модуль упругости является постоянным и не разрушается при температурах от -50 до +100 градусов по Цельсию.
  • Инвар (И36) – применяется для производства эталонов, калибровочных элементов, так как коэффициент расширения равняется нулю.

Занимательным свойством коррозионной стали (только высоколегированная нержавеющая сталь) является магнитность. Поэтому различают немагнитные и магнитные виды таких металлов. Первые подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые подвиды, а последние имеют в составе кобальт, хром.

ГОСТ: высоколегированные стали

Требования к таким прочным металлам и жаростойким сплавам регламентируются специальными нормативами, а именно ГОСТом 5632-72.

Марки высоколегированных сталей

Наиболее востребованными и известными являются следующие марки сталей:

  • Ферритные: 15Х28, 12Х17, 08Х18Т1, 15Х25Т, 08Х18Тч, 10Х13СЮ.
  • Мартенситные: 15Х11МФ, 40Х9С2, 18Х11МНФБ, 40Х10С2М, 95Х18, 25Х13Н2, 20Х17Н2, 13Х11Н2В2МФ, 40Х13, 20Х13, 20Х17Н2, 13Х14Н3В2ФР.
  • Аустенитно-мартенситные: 07Х16Н6, 08Х17Н5М3, 08Х17Н6Т, 09Х17Н7Ю1.
  • Аустенитно-ферритные: 08Х21Н6М2Т, 08Х22Н6Т, 08Х20Н14С2, 20Х23Н13, 12Х21Н5Т, 03Х22Н6М2.
  • Мартенситно-ферритные: 12Х13, 18Х12ВМБФР, 14Х17Н2, 15Х12ВНМФ.
  • Аустенитные: 05Х18Н10Т, 45Х22Н4М3, 45Х14НМВ2М, 10Х14Г14Н4Т, 03Х18Н10Т, 08Х16Н13М2Б, 12Х18Н12Т, 03Х18Н12, 03Х16Н15М3Б, 10Х11Н23Т3МР, 20Х23Н18, 10Х11Н20Т2Р, 12Х18Н9Т, 12Х18Н9, 20Х25Н20С2.

Применение легирующих марок стали:

  • 40Х13, 30Х13 – используют для карбюраторных игл, пружин для транспорта, хирургических инструментов.
  • 12Х17 – марка высоколегированной стали, использующаяся для изготовления кухонной утвари или предметов домашнего обихода.
  • 20Х13, 12Х13, 08Х13 – используют для изготовления элементов гидравлических установок, конструкций, которые работают в слабоагрессивных условиях.
  • 95Х18 – используют для производства высокотвердых шарикоподшипников.

fb.ru

Легированная сталь - это... Что такое Легированная сталь?

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на: низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %), среднелегированную (от 2,5 до 10 %), высоколегированную (от 10 до 50 %).

Маркировка

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали.


Стоящая за буквой цифра обозначает среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, если цифра одна, то содержание углерода в десятых долях процента.

Дополнительные обозначения в начале марки:

Р — быстрорежущая;
Ш — шарикоподшипниковая;
А — автоматная;
Э — электротехническая;

и др.

Исключения:

  1. содержание в шарикоподшипниковых сталях хрома в десятых долях процента(например ШХ4 — Cr 0,4 %)
  2. в марке быстрорежущей стали, цифра после «Р» — содержание вольфрама в %, и во всех быстрорежущих сталях содержание хрома 4 %.

Буква А в сере­дине марки стали показывает содержание азота, а в конце — сталь высококачественная.

Пример:

  • сталь 18ХГТ — 0,18 %, 1 Сr, 1 Мn, около 0,1 Тi;
  • сталь 38ХНЗМФА — 0,38 %, 1,2—1,5 Сr; 3 Ni, 0,3—0,4 Мо, 0,1—0,2 V;
  • сталь 30ХГСА — 0,30 %, 0,8—1,1 Сr, 0,9—1,2 Мn, 0,8—1,251 Si;
  • сталь 03Х13АГ19 — 0,03 %, 13 Сr, 0,2—0,3 N, 19 Мn.

См. также

Ссылки

dic.academic.ru

свойства, классификация, маркировка, назначение |

Для начала необходимо определить, какие стали называются легированными. Нержавеющая сталь легированная – это сплав, в составе которого, наряду с железом и углеродом, присутствуют дополнительные элементы (Cr, Si, Ni, Mn и др.).  Эти легирующие добавки стали положительно влияют на физико-химические характеристики металла. Благодаря легированию расширяется спектр применения нержавеющего металла.

 Классификация легированных сталей

Исходя из процента легирующих элементов в составе, нержавеющая сталь подразделяется на следующие классы:

  • Низколегированная сталь (менее 2,5 %)
  • Среднелегированная сталь (2,5 – 10%)
  • Высоколегированная сталь (более 10%)

В качестве вспомогательных компонентов для низколегированных сталей обычно используется никель, молибден и хром. Одни из самых распространенных марок стали этой группы:  13Х (используется для изготовления ювелирного, гравировального и хирургического оборудования), жаропрочная конструкционная низколегированная сталь 12Х1МФ (применяется в производстве трубопроводов, фланцев, деталей цилиндров и др.) Свойства низколегированных сталей позволяют снизить вес конструкций, сэкономить металл за счет высокого предела текучести, повысить эксплуатационные характеристики конечного изделия.

В состав среднелегированной стали может входить никель, вольфрам, молибден, ванадий. Термическая и механическая обработка позволяет достичь оптимального соотношения прочности, вязкости и пластичности. Среднелегированная сталь незаменима в машиностроении, судостроении, для изготовления различных деталей (сверла, развертки и т.д.) Например, такие популярные марки как 9Х5ВФ, 8Х4ВЗМЗФ2 прокаливаются при более высоких температурах, чем низколегированные стали, они более долговечные и прочные.

Основные добавочные элементы высоколегированных сталей – хром и никель. Благодаря их высокому содержанию металл получает такие уникальные свойства как: резистентность к экстремальным температурам, коррозионная стойкость, жаропрочность. Высоколегированная нержавеющая сталь обязана своими исключительными характеристиками не только химическому составу, но и последующей обработке. Например, сталь марки 12Х18Н10Т, устойчивая к азотной кислоте и другим агрессивным воздействиям, идеально подходит для сварных конструкций; сталь 08Х14МФ используется для производства нержавеющих труб, оборудования пищевой промышленности.

Помимо классификации по содержанию легирующих элементов, легированная сталь различается по структуре (перлитная, мартенситная, аустенитная, ферритная, карбидная), по назначению (особого назначения, конструкционные, инструментальные) и по другим параметрам.

Маркировка легированных сталей

Обозначение легированных сталей осуществляется при помощи букв и цифр, которые указывают на состав сплава. Буквы соотносятся с химическими элементами, входящими в состав легированной стали, а цифры – с их содержанием в процентах. Для расшифровки химического состава легированных сталей можно использовать эту таблицу:

МаркировкаЭлемент
ХCr – хром
НNi – никель
МMo – молибден
СSi – кремний
ГMn – марганец
ВW – вольфрам
ТTi – титан
ЮAl – алюминий
ДCu – медь
БNb – ниобий
КCo — кобальт

Цифры, стоящее в начале марки, показывает среднее содержание углерода (одна цифра – десятая доля процента,  две – сотая), а если марка начинается с буквы, то содержание углерода – 1% или выше. Например, 18ХГТ состоит из 0,18% углерода, и примерно по 1% приходится на хром, марганец и титан; 2Х17Н2 – 0,2% углерода, 17% хрома и 2% ниобия. Иногда в маркировке стали встречаются и вспомогательные обозначения (русская буква в начале марки): Р – быстрорежущая, Э – электротехническая, А – автоматная, I – шарикоподшипниковая и т.д.

 

Обратите внимание на то, что не существует универсальной системы обозначения марок стали. Российские марки нержавеющей стали (ГОСТ) имеют зарубежные аналоги: европейские (EN), американские (AISI), немецкие (DIN).

 

Свойства и назначение легированных сталей

Наличие легирующих элементов и последующая обработка обеспечивают стали ряд уникальных физико-химических свойств:

  • Жароустойчивость
  • Износостойкость
  • Пластичность
  • Коррозионная устойчивость
  • Прочность и многие другие.

 

Благодаря этому легированные стали активно используются для выполнения различных технических задач практически во всех промышленных сферах: медицинское оборудование и инструменты, емкости и оборудование в пищевой промышленности, валы, шайбы, коробки передач, узлы, конструкционные элементы в строительстве и машиностроении т.д.

 

 

 

nercom.by

Легированная сталь

Легированные стали используют для изготовления тяжелонагруженных деталей ответственного назначения, так как они обладают значительно более высокими механическими характеристиками. При легировании у стали можно получать заданные свойства, в том числе отсутствующие у углеродистых сталей (например, коррозионную стойкость, жаропрочность).

Легированные стали обладают более глубокой прокаливаемостью деталей тех же размеров, чем из углеродистых сталей. Многие их марки прокаливаются насквозь даже при больших сечениях деталей. Чем больше в стали легирующих элементов (до определенной концентрации), тем выше ее прокаливаемость. Большинство легирующих элементов снижают температуру мартенситного превращения и улучшают качество остаточного аустенита в структуре.

В зависимости от суммарного содержания легирующих элементов стали делятся на низколегированные (содержание легирующих элементов до 2.5%), среднелегированные (от 2.5 до 10%) и высоколегированные (свыше 10%).

В легированных сталях Fe должно быть не менее 50%, при меньшем количестве Fe получаются сплавы с особыми свойствами. Стали считаются легированными, если они содержат Si более 0.8% и Mn более 1%.

По назначению легированные стали делятся на конструкционные, инструментальные, стали и сплавы с особыми свойствами.

В конструкционные легированные стали для улучшения их служебных свойств вводят такие химические элементы, как Cr, Ni, W, Mo, V, B и другие, а также Mn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание в углеродистых сталях.

ГОСТом предусмотрены следующие буквенные обозначения легирующих элементов, входящих в состав сталей: Mn – Г, Si – С, Cr- Х, Ni - Н, Mo - М, W- В, V- Ф, Al - Ю, Ti - Т, B - Р, Cu - Д, Nb - Б. Эти буквы, сочетаясь с цифрами, указывают на состав легированной стали, например: 45Х, 12ХН3А, ХВ5, 9ХС. Цифры, стоящие перед буквами, указывают на содержание углерода в сотых долях процента, - если две цифры и в десятых долях процента, - если одна цифра. Отсутствие впереди букв цифр означает, что сталь содержит углерода 1% и больше. Цифры, стоящие за буквами, указывают на среднее содержание данного легирующего элемента в процентах. Отсутствие за буквой цифры означает, что данного элемента содержится до 1%. Стоящая в конце маркировки буква А свидетельствует о высококачественной стали, с пониженным содержанием S и P (менее0.02% каждого). Например, марка 12Х2Н4А обозначает, что это хромоникелевая высококачественная сталь с содержанием углерода 0.12%, Cr – 2%, Ni – 4%.

Из 90 стандартных марок конструкционных легированных сталей большинство являются среднеуглеродистыми (0.25-0.45% углерода). Используют их после улучшения свойств путем закалки и отпуска, поэтому называют улучшенными. Наиболее распространенные среди них являются стали: хромистые (30Х, 38Х, 40Х, 45Х, 50Х), марганцевые (30Г, 35Г, 40Г, 45Г, 35Г2, 40Г2), кремнистые (55С2, 60С2), хромоникелевые (30ХН3А, 40ХН, 45ХН), хромокремнистые (33ХС, 38ХС), хромомарганцевые (35ХГ2, 4ХГ), хромомарганцевокремнистые (30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА). Эти стали используются в производстве нагруженных и сильнонагруженных деталей машин.

Конструкционные легированные стали в сравнении с углеродистыми обладают более высокими вязкостно-прочностными свойствами. Это объясняется тем, что: 1) все они (кроме марганцевых сталей) имеют мелкозернистую структуру; 2) глубже прокаливаются; 3) закаливаются не в воде, а в масле (а некоторые на воздухе), благодаря чему у них образуется очень малые закалочные напряжения, и поэтому они имеют более высокие пластичность и вязкость; 4) при их отпуске требуется более высокая температура и время выдержки, чем для углеродистых сталей, вследствие чего в них полнее снимаются закалочные напряжения и вязкость оказывается выше.

Инструментальные легированные стали применяют для изготовления мерительного, режущего и ударно-штамповочного инструментов. Эти стали должны быть твердыми и износостойкими, сохранять геометрические размеры в течение длительного времени. Указанные свойства достигаются в результате относительно высокого содержания углерода (0.8-1.0%) и при наличии карбидообразующих элементов, главным образом Cr. Образующаяся у них после закалки и низкого отпуска структура обеспечивает высокие режущие свойства инструмента.

Наиболее часто для изготовления режущего инструмента используют следующие марки легированной инструментальной стали: Х (для резцов), 9ХС и ХВСГ (для сверл, разверток, метчиков, плашек, фрез). В маркировке этих сталей содержание углерода указывается в десятых долях процента. Отсутствие цифры указывает на содержание углерода в количестве около 1%. Отсутствие цифры после символов таких элементов, как Cr, Si, W, означает, что их содержание может достигать до 1.5%.

Высоколегированные инструментальные стали, содержащие до 1% углерода и до 25% W, Cr, V, способны сохранять высокую твердость и резать металл при разогреве режущей кромки инструмента до 580-650 ° С. Благодаря этим качеством они обеспечивают высокую скорость резания при точении, сверлении, фрезеровании и называются быстрорежущими сталями. Например, в стали марки Р18 - буквой Р обозначают быстрорежущую сталь.

Еще более высокой твердостью и режущей способностью обладают твердосплавные пластины, которыми оснащают режущий инструмент. Они превосходят быстрорежущую сталь по скорости резания и теплостойкости, которая достигает 900-1000° С . Пластины получают методом спекания при температуре 1500° С. Изготавливают их из порошков карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта; кобальт используют в качестве пластичной связки.

Коррозионностойкими ( нержавеющими) называют стали стойкие к действию химической и электрохимической коррозии, т.е. обладающие стойкостью к разрушающему воздействию атмосферных условий, речной и морской воды, растворов солей, кислот и щелочей. Основным легирующим элементом всех марок нержавеющих сталей является Cr. На металлическом изделии при содержании Cr не менее 12% образуется тонкая сплошная плотная пленка окисла хрома Cr2O3, которая и предохраняет сталь от коррозии. Стойкость к коррозии хромистых сталей повышается при введении в их состав Ni. Поэтому различают нержавеющие стали хромистые и хромоникелевые. Например, хромистые стали ОХ13, 12Х13, 40Х13 и хромоникелевые стали Х18Н10, ОХ18Н10, ООХ18Н10. В маркировке «О» указывает, что содержание углерода не должно превышать 0.08%, «ОО» - не более 0.04%. Стали марок Х17, ОХ17Т, Х28 используют для изготовления оборудования предприятий химической и пищевой промышленности. Хромоникелевые стали марок ОХ18Н10 и ОХ18Н9 применяют для изготовления деталей сваркой; они работают в особо агрессивной среде.

Для защиты металла от коррозии используют также оксидирование и фосфатирование, цинкование, хромирование, кадмирование и др.

Сплавы

Окружающие нас металлические предметы редко состоят из чистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или медная проволока имеют чистоту около 99,9%. В большин­стве же других случаев люди имеют дело со сплавами. Сплавы - это системы, состоящие из двух или нескольких металлов, а также из металлов и неметаллов, обладающие свойствами, присущи металлическому состоянию. Так, различные виды железа и стали содержат наряду с металлическими добавками незначительные количества углерода, которые оказывают решающее влияние на механическое и тер­мическое поведение сплавов. Все сплавы имеют специальную маркировку, т.к. сплавы с одним названием (например, латунь) могут иметь разные массовые доли других металлов.

Для изготовления сплавов применяют различные металлы. Самое большое значение среди всех сплавов имеют стали раз­личных составов. Простые конструкционные стали состоят из железа относительно высокой чистоты с небольшими (0,07—0,5%) добавками углерода. Так, чугун, получаемый в доменной печи, содержит около 10% других металлов, из них примерно 3% составляет углерод, а остальные — кремний, марганец, сера и фосфор. А легированные стали получают, добавляя к железу кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам, ванадий и молибден.

Никель наряду с хромом является важнейшим компонентом многих сплавов. Он придает сталям высокую химическую стойкость и механическую прочность. Так, известная нержа­веющая сталь содержит в среднем 18% хрома и 8% никеля. Для производства химической аппаратуры, сопел самолетов, космических ракет и спутников требуются сплавы, которые устойчивы при тем­пературах выше 1000 °С, то есть не разрушаются кислородом и горючими газами и обладают при этом прочностью лучших сталей. Этим условиям удовлетворяют сплавы с высоким содержанием никеля. Большую группу составляют медно-никелевые сплавы.

Сплав мельхиор содержит от 18 до 33% никеля (остальное медь). Он имеет красивый внешний вид. Из мельхио­ра изготавливают посуду и укра­шения, чеканят монеты («серебро»). Похожий на мельхиор сплав - нейзильбер -содержит, кроме 15% ни­келя, до 20% цинка. Этот сплав используют для изготовления худо­жественных изделий, медицинского инструмента. Медно-никелевые спла­вы константан (40% никеля) и ман­ганин (сплав меди, никеля и мар­ганца) обладают очень высоким электрическим сопротивлением. Их используют в производстве элект­роизмерительных приборов. Харак­терная особенность всех медно-ни­келевых сплавов - их высокая стой­кость к процессам коррозии - они почти не подвергаются разрушению даже в морской воде. Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в ма­шиностроении, химической промыш­ленности, в производстве бытовых товаров. Для придания латуням особых свойств в них часто добав­ляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы. Из латуней изготавливают тру­бы для радиаторов автомашин, тру­бопроводы, патронные гильзы, па­мятные медали, а также части технологических аппаратов для полу­чения различных веществ.

Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30-40 кгс/мм2 у сплавов и 25-29 кгс/мм2 у технически чистой меди.

Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не принимают термической обработки, и их механические свойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов (900-12000 кгс/мм2 ниже, чем у стали).

Основное преимущество медных сплавов - низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводностью.

Марки обозначаются следующим образом.

Первые буквы в марке означают: Л - латунь и Бр. - бронза. Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. В бронзе, означают: А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Ф. - фосфор. Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для латуней, отличается от порядка, принятого для бронз.

В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают на содержание основного компонента - меди. Остальные цифры, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов.

Эти цифры расположены в том же порядке, как и буквы, указывающие присутствие в сплаве того или иного элемента. Таким образом, содержание цинка в наименовании марки латуни не указывается и определяется по разности. Например, Л86 означает латунь с 68% Cu (в среднем) и не имеющую других легирующих элементов, кроме цинка; его содержание составляет (по разности) 32%. ЛАЖ 60-1-1 означает латунь с 60% Cu , легированную алюминием (А) в количестве 1% , с железом (Ж) в количестве 3% и марганцем (Мц) в количестве 1%. Содержание цинка (в среднем) определяется вычетом из 100% суммы процентов содержания меди, алюминия, железа и марганца.

В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компонента - меди - не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом. Например, Бр.ОЦ10-2 означает бронзу с содержанием олова (О) ~ 4% и цинка (Ц) ~ 3%.Содержание меди определяется по разности (из 100%). Бр.АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al , 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu). Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si , и 1% Mn (и 96% Cu).

studfiles.net

Легированная сталь

Легированная сталь или специальная сталь - сталь, содержащая добавки других металлов с целью придания ей тех или иных свойств. Как легирующие элементы чаще всего применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден и ванадий, значительно реже - кобальт, титан, бериллий и другие металлы. В большинстве случаев легирующие элементы добавляются в незначительных количествах - десятые доли процента, но некоторые из них - от нескольких до 10-15% и даже больше. Названия легированных сталей происходят от названий легирующих элементов.

По степени легирования стали разделяют на низколегированные с содержанием легирующих элементов до 2,5%, среднелегированные - 2,5-10% и высоколегированные, где содержание легирующих элементов превышает 10%.


1. Цель легирования

Главная цель легирования подавляющего большинства сталей - повышение прочности за счет растворения легирующих элементов в феррите и аустените, образования карбидов и увеличения прогартовуваности. Кроме того, легирующие элементы могут повышать устойчивость против коррозии, теплостойкость, жаростойкость (окалиностийкисть), жаропрочность и т.д.. Такие элементы как хром, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан образуют карбиды, а никель, кремний, медь, алюминий карбидов не образуют. Марганец и никель снижают критические точки А 1 и А 3, а остальные - повышают. Кроме того, легирующие элементы уменьшают критическую скорость охлаждения при закалке, что необходимо учитывать при назначении режимов закалки (температуры нагрева и среды для охлаждения). При значительном количестве легирующих элементов может существенно измениться структура, что приводит к образованию новых структурных классов по сравнению с углеродистыми сталями.


2. Влияние легирующих элементов на свойства стали

  • Все легирующие элементы повышают прочность.
  • Легирующие элементы, которые образуют карбиды, измельчают зерно при кристаллизации.
  • Коррозионной стойкости, жаростойкости (окалиностийкости), жаропрочности, теплостойкости легирующие элементы оказывают лишь при значительном количестве в сталях (хром 8-13%, никель 8-12%, вольфрам, молибден более 5%).
  • Отдельные химические элементы:
Хром - при количестве более 13% дает коррозионной стойкости, более 5% - жаростойкости.
Никель - одновременно с прочностью повышает ударную вязкость, а также жаропрочность (более 8%).
Кремний - в рессорно-пружинных сталях придает упругость, а в высокотемпературных сталях - жаростойкости.
Марганец - способствует росту аустенитного зерна при перегреве.
Вольфрам и молибден - образуют труднорастворимые карбиды и за значительного количества (более 5%) оказывают стали теплостойкости.
Титан и ванадий - преимущественно для измельчения зерна и сдерживания его роста при нагревании.
В коррозионно-стойких сталях титан предотвращает межкристаллитной коррозии, алюминий повышает твердость при азотировании, а также жаростойкость.

3. Маркировка легированных сталей

Легированные стали маркируют с помощью букв и цифр. Легирующие элементы обозначаются буквами: Н - никель, Х - хром, К - кобальт, М - молибден, Г - марганец, Д - медь, Р - бор, Б - ниобий, С - кремний, В - вольфрам, Т - титан, Ф - ванадий, П - фосфор, А - азот.

Первые две или три цифры в начале маркировки показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а если одна цифра - то в десятых долях. Цифры, стоящие после букв, указывают на среднее содержание легирующего элемента сказывается этой буквой в процентах. Если углерода или легирующего элемента содержится около 1%, то цифры не относятся. Буква А в конце маркировки обозначает, что данная сталь относится к высококачественным.

Например:

  • сталь 35Х2ГСА имеет 0,35% углерода, 2% хрома, 1% марганца, 1% кремния. А - означает, что эта сталь высококачественная;
  • сталь 110Г13 содержит 1,10% углерода, 13% марганца;
  • сталь ХВ5 имеет 1% углерода, 1% хрома, 5% вольфрама;
  • сталь 9ХС содержит 0,9% углерода, 1% хрома, 1% кремния.

В высокоуглеродистых инструментальных сталях цифры, которые показывают содержание углерода, вообще упускаются, например марка Х12М означает сталь с содержанием 1,5 ... 1,7% С, 12% хрома и 0,5% молибдена. Некоторые легированные стали выделены в отдельные группы и обозначаются буквами: Ш - шарикоподшипниковые, Р - быстрорежущие, Е - для постоянных магнитов.


4. Классификация легированных сталей

4.1. По структуре в состоянии отжига

  • доэвтектоидной, с легированным ферритом и евтектоидом в структуре: стали 20ХНЗА; 18ХГТ; 40Х.
  • эвтектоидная, со структурой лишь евтектоиду: сталь 80Х.
  • заэвтектоидные, с евтектоидом и вторичными карбидами в структуре: стали 9ХС, ШХ15, ХВГ.
  • ледебуритного (карбидные): со структурой евтектоиду, эвтектических (первичных) и вторичных карбидов: стали Р18, Р14Ф4, Х12М.
  • аустенитные - структура легированный аустенит: стали 110Г13, 12Х18Н10Т.
  • ферритных - структура легированный феррит: стали 10Х17, 10х25.

4.2. По назначению

По назначению легированные стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

  • Конструкционные - применяют для изготовления деталей машин, при этом в этих сталях содержится хрома, марганца, кремния до 2%, никеля до 4%. Примеры конструкционных сталей:
Низкоуглеродистые, подвергающихся цементации : 15Х, 18ХГТ, 12ХНЗА, 25ХНР.
Середньовуглецеви, которые подвергаются улучшению: 35ХГСА, 40Х, 45Г2.
Рессорно-пружинные: 55С2, 60Г, 60С2ХФА, 65С2ВА.
Шарикоподшипниковые: ШХ9, ШХ15 (0,9% и 1,5% хрома соответственно).
Строительные : 10Г2С, 15ХСНД, 15ГФ.
  • Инструментальные стали применяют для различного инструмента. Они должны иметь высокую твердость и износостойкость.

Стали для инструмента:

Низкой теплостойкости (до 250 ? C): ХГ, 9ХС, ХВГ, ХВСГ.
Повышенной до 600 ? C теплостойкости ( быстрорежущие): Р9, Р6М5, Р9К5, Р14Ф4.

Стали для измерительного инструмента. Эти стали должны иметь высокую твердость, износостойкость и сохранять постоянство размеров. Для изготовления плиток, калибров, шаблонов применяют высокоуглеродистые хромистые стали, например, ХВГ, ХВ5. Чаще всего такие стали после закалки обрабатывают холодом (для полного превращения остаточного аустенита в мартенсит).

Стали для штампов:

Холодного деформирования средних размеров: 9ХС, Х6ВФ.
Холодного деформирования разных размеров, особенно высокоточных: Х12М, Х12Ф.
Горячего деформирования средних размеров: 5ХНТ, 5ХНВ.
Горячего деформирования больших размеров тяжелонагруженных: 4Х2В5МФ, 5Х3В3МФС.
  • Специальные стали (стали с особыми свойствами) применяют для работы в агрессивных средах, при высоких температурах, ударных нагрузках и т.д..

Коррозионно-стойкие стали имеют высокую коррозионную стойкость в химически активных газовых и жидких средах. Это достигается за счет большого содержания хрома (более 13%). Титан вводят в сталь для предотвращения межкристаллитной коррозии. Коррозионно-стойкие стали подразделяются на:

Хромистые 10х13, 40Х13, 10х25 (ферритной).
Хромоникелевые (аустенитные): 12Х18Н9, 10Х18Н10Т.

Жаростойкие и жаропрочные стали обладают способностью стали сопротивляться газовой коррозии при повышенных температурах и сохранять достаточную прочность при высоких температурах.

Жаростойкость обеспечивается легированием сталей хромом, кремнием и алюминием, которые образуют защитные пленки (Fe, Cr) 2 О 3, SiO 2, Al 2 O 3. К жаростойких сталей относятся легированные стали 25Х6С10, 40Х9С2, 15Х25Т, 12Х18Н10Т.

Жаропрочность достигается легированием тугоплавкими химическими элементами (хром, никель, молибден). Как правило, жаропрочные стали имеют и жаростойкость. Это стали 15Х2МФС, 15Х11МФ, 40Х10С2М, 10Х18Н10Т, 40Х15Н7Г7Ф2МС.

Износостойкая (аустенитная) сталь 110Г13Л ( сталь Гадфильда) используется для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного трения и высокого давления и ударов (например, траки гусеничных машин, детали дробилок, крестовины железнодорожных и трамвайных путей, черпаки землеройных машин). Характерная особенность марганцевого аустенита - способность сильно наклепуватись и превращаться в мартенсит, что приводит к повышению твердости и сопротивления износа.


5. Примеры использования

Примером высоколегированных сталей может служить вольфрамо-хромо-ванадиевая сталь с содержанием 18% W, 4% Cr и 1% V. Эту сталь называют швидкоpизальною, поскольку из нее производят режущие инструменты. Особенностью этой стали является то, что она не теряет своей твердости и прочности даже при 600 ? C.

Хромо-никелевая сталь с содержанием 18% Cr и 8% Ni в атмосфере воздуха не поддается коррозии. Эту сталь называют нержавеющей. Из нее делают нержавеющие ножи, ложки, вилки и т.д..

Знание химического состава, структуры и влияния легирующих элементов позволяет объективно оценить эксплуатационные свойства сталей, их рациональное применение и назначить необходимую термическую обработку.


Источники

  • Ф. А. Деркач "Химия" Л. 1968
  • В. Попович Технология конструкционных материалов и материаловедение. Львов. 2000.

См.. также

nado.znate.ru

Легированная сталь — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Леги́рованная сталь, углеродистая сталь, в которую специально введены легирующие элементы с целью улучшения ее эксплуатационных и технологических свойств (см. Легирование). Различают низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов до 2, 5%), среднелегированную (2, 5-10%) и высоколегированную (свыше 10%) сталь. Легирующие элементы вводятся в сталь в различных количествах и в разных сочетаниях — по 2, по 3 и более элементов. Легированные стали используют для изготовления тяжелонагруженных деталей ответственного назначения, так как они обладают более высокими механическими характеристиками.

Легированные стали могут быть классифицированы по структуре, по составу и по назначению.

По равновесной структуре стали можно классифицировать как:

а) доэвтектоидные стали, имеющие в структуре избыточный феррит. Стали ферритного класса содержат элементы, сужающие область существования аустенита; эти стали могут сохранять структуру феррита (иногда в сочетании с карбидами) при любых температурах (вплоть до расплавления) и после охлаждения с любой скоростью;

б) эвтектоидные стали, имеющие перлитную структуру;

в) заэвтектоидные стали, имеющие в структуре избыточные (вторичные) карбиды;

г) ледебуритные стали, имеющие в структуре первичные карбиды. В литом виде избыточные карбиды вместе с аустенитом образуют эвтектику — ледебурит, который при ковке или прокатке разбивается на обособленные карбиды и аустенит. Стали карбидного класса содержат повышенное количество углерода и карбидообразующих элементов.

Большинство легирующих элементов влияют на диаграмму состояния C – Fe. Граница между доэвтектоидными и заэвтектоидными сталями, заэвтектоидными и ледебуритными в легированных сталях лежит при меньшем содержании углерода, чем в углеродистых.

Исходя из структуры стали, получаемой после охлаждения на воздухе, можно выделить перлитный, мартенситный и аустенитный классы сталей. Стали перлитного класса имеют структуру перлита или его разновидностей: сорбита, троостита, а также перлита с ферритом или с заэвтектоидными карбидами. Стали мартенситного класса характеризуются пониженной критической скоростью закалки и имеют после нормализации структуру мартенсита. Стали аустенитного класса имеют сильно пониженную температуру распада аустенита, который сохраняется в структуре стали даже при комнатной температуре. Получение этих классов сталей обусловлено тем, что по мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения понижается.

В зависимости от состава — наличия в стали тех или иных легирующих примесей — легированные стали классифицируются как никелевые, хромистые, хромоникелевые и т. д.

При легировании углеродистых сталей: марганец увеличивает прочность, твердость и сопротивление стали износу; кремний и хром повышают прочность и жаростойкость; медь повышает стойкость стали к атмосферной коррозии; никель способствует улучшению вязкости без снижения прочности. Низколегированные стали имеют более высокие механические свойства, чем малоуглеродистые. Стали, содержащие никель, хром и медь, высокопластичны, хорошо свариваются, их с успехом используют для сварных и клепаных конструкций промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов, нефтерезервуаров, труб и др.

В отличие от маркировки углеродистых сталей буквы в марке низколегированных сталей показывают наличие в стали легирующих примесей, а цифры — их среднее содержание в процентах. Предшествующие буквам цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Для маркировки стали каждому легирующему элементу присвоена определенная буква:

С — кремний, В — вольфрам, Г — марганец, Ю — алюминий, Х — хром, Д — медь, Н — никель, К — кобальт, М — молибден, Б — ниобий, Т — титан.

Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода (в сотых долях процента для инструментальных и нержавеющих сталей). Буквой указан легирующий элемент и последующими цифрами — его среднее содержание, например, сталь марки 3Х13 содержит 0, 3% С и 13% Сr, сталь марки 2Х17Н2 — 0, 2 % С, 17 % Сг и 2 % Ni. При содержании легирующего элемента менее 1, 5 % цифры за соответствующей буквой не ставятся, например, 1Г2С, 12ХН3А. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной, буква Ш - особо высококачественной. Например, легированная конструкционная сталь марки 1Г2С содержит 0, 1 % углерода, 2 % марганца и 1 % кремния.

Большинство марок легированных сталей приобретает высокие механические характеристики только после соответствующей термической обработки, которая сопровождается фазовыми превращениями и делает структуру сталей более мелкозернистой. Легированные стали обладают более глубокой прокаливаемостью деталей тех же размеров, чем из углеродистых сталей. Большинство легирующих элементов снижают температуру мартенситного превращения и улучшают качество остаточного аустенита в структуре.

megabook.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *