И свойства сталей
Все большее применение во всех отраслях промышленности находят легированные стали, в которые вводятся специальные добавки — легирующие элементы (чаще металлы) — с целью придания обычным сталям специфических свойств. По влиянию на критические точки диаграммы Fe—Fe3C (рис.21) легирующие элементы разделяются на две группы: 1) понижающие А3 и повышающие А4, т. е. стабилизирующие аустенит(Ni, Mn, Си, С, N). 2) понижающие А4 и повышающие А3, т. е. стабилизирующие феррит(Сг, W, Mo, V, Si, Al, Ti, Nb и др). Естественно, что в большинстве случаев стабилизаторами феррита и аустенита являются металлы, имеющие изоморфные с ними решетки. Они образуют с железом твердые растворы замещения. Влияние элементов на критические точки может быть очень сильным: так, Ni и Мn при определенных концентрациях «исключают» феррит, образуя аустенитные стали. И наоборот, ОЦК металлы (Сг, Мо и др.) выклинивают γ-область (рис. 21, а, б), причем только для хрома она простирается до 12% Сг, а для других элементов ее протяженность не превышает 3,5%. При большем содержании легирующих элементов стали становятся ферритными. Большинство легирующих элементов образуют с железом твердые растворы замещения. В присутствии углерода атомы легирующих элементов частично замещают в узлах кристаллической решетки феррита или аустенита атомы железа. Внося при этом дополнительные искажения в кристаллическую решетку, они повышают прочностные свойства легированных феррита и аустенита при некотором снижении пластичности; понижают ударную вязкость легированного феррита (исключение составляют Ni и Сг); повышают коррозионную стойкость и износостойкость аустенита; некоторые элементы сильно влияют на способность стали упрочняться при термической обработке (см. гл. 6). Все элементы (исключение составляют V, Ti, Nb) влияют не только на температуры критических точек, но и на положение точек Е и S на диаграмме Fe — Fe3C, сдвигая их влево. Поэтому перлит и ледебурит в легированных сталях могут образоваться при гораздо меньшем содержании углерода, чем в углеродистых. Так, во многих легированных сталях после охлаждения на воздухе образуется перлитная структура при содержании 0,12...0,45% С. В случае, когда легирующие элементы сильно смещают точки Е и S влево, в сталях, содержащих менее 2,14% С (например, 1% С при 11% Сг), появляется структура ледебурита. Эти стали называютсяледебуритными. Большинство легирующих элементов (называются карбидообразующими) способно образовывать специальные карбиды. По способности к карбидообразованию легирующие металлы можно выстроить в следующий ряд: Ti, Nb, V, W, Mo, Сг, Мп, Fe. Сильные карбидообразователи Ti, Nb, V, W образуют с углеродом фазы внедрения с формулами МеС (чаще) и Ме2С (Me — металл). Эти тугоплавкие фазы практически нерастворимы в аустените, поэтому аустенит обедняется углеродом, уходящим в соединения. Встречаются и более сложные карбиды типа Ме7С3, Ме23С6, Ме6С (например, соединения хрома). Эти карбиды растворяются в аустените при нагреве. При малых количествах легирующих элементов специальные карбиды не образуются — их атомы частично замещают атомы железа в цементите, легируя его, например (Fe, Сг)3С или (Fe, Мn)3С и др. Рассмотрим кратко влияние основных легирующих элементов на свойствах сталей: Хром повышает твердость и прочность, сохраняет вязкость, увеличивает сопротивляемость стали коррозии. Никель повышает прочность, ударную вязкость, коррозионную стойкость, прокаливаемость стали. Вольфрам образует очень твердые карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость стали. Ванадий увеличивает плотность стали, измельчает зерно и повышает твердость и прочность. Кобальт увеличивает ударную вязкость, жаропрочность и магнитные свойства стали. Молибден повышает упругость, прочность, красностойкость, коррозийную стойкость и окалиностойкость стали. Медь усиливает антикоррозионные свойства стали. Титан увеличивает прочность стали, повышает обрабатываемость и сопротивление коррозии. Ниобий повышает сопротивление коррозии. Алюминий повышает жаростойкость (совместно с кремнием улучшает коррозионную стойкость). Цирконий позволяет получать мелкозернистую сталь.
Рис.21
|
