Легированная сталь
Легированная сталь — это сталь различными , легированная элементами в общем количестве от 1,0% до 50% по весу для улучшения ее механических свойств .
Тип легированной стали
[ редактировать ]Легированные стали делятся на две группы: низколегированные и высоколегированные стали. Разница между ними оспаривается. Смит и Хашеми определяют разницу в 4,0%, а Дегармо и др. , определим его на уровне 8,0%. [1] [2] Чаще всего словосочетание «легированная сталь» относится к низколегированным сталям.
Строго говоря, каждая сталь является сплавом, но не все стали называются «легированными сталями» . Простейшие стали — это железо (Fe), легированное углеродом (C) (около 0,1–1%, в зависимости от типа) и ничем другим (за исключением незначительных следов небольших примесей); они называются углеродистыми сталями . Однако термин «легированная сталь» является стандартным термином, относящимся к сталям с другими легирующими элементами, добавленными намеренно в дополнение к углероду. Обычные сплавы включают марганец (Mn) (наиболее распространенный), никель (Ni), хром (Cr), молибден (Mo), ванадий (V), кремний (Si) и бор (B). Менее распространенные сплавы включают алюминий (Al), кобальт (Co), медь (Cu), церий (Ce), ниобий (Nb), титан (Ti), вольфрам (W), олово (Sn), цинк (Zn), свинец. (Pb) и цирконий (Zr).
Характеристики
[ редактировать ]Ниже приводится ряд улучшенных свойств легированных сталей (по сравнению с углеродистыми сталями): прочность , твердость , ударная вязкость , износостойкость , коррозионная стойкость , прокаливаемость и жаркая твердость . Для достижения некоторых из этих улучшенных свойств металлу может потребоваться термическая обработка .
Хотя легированные стали производились на протяжении веков, их металлургия не была хорошо изучена до тех пор, пока развивающаяся химическая наука девятнадцатого века не раскрыла их состав. Легированные стали с прежних времен были дорогим предметом роскоши, изготавливаемым по образцу «секретных рецептов» и перекованным в такие инструменты, как ножи и мечи. Современные легированные стали машинного века были разработаны как улучшенные инструментальные стали и как новые нержавеющие стали . Сегодня легированные стали находят применение в широком спектре применений: от повседневных ручных инструментов и столовых приборов до крайне требовательных применений, таких как турбинные лопатки реактивных двигателей и ядерные реакторы.
Из-за ферромагнитных свойств железа некоторые стальные сплавы находят важные применения там, где их реакция на магнетизм очень важна, в том числе в электродвигателях и трансформаторах.
Низколегированные стали
[ редактировать ]Несколько распространенных низколегированных сталей:
- D6AC
- 300М
- 256А
| SAE Обозначение | Состав |
|---|---|
| 13хх | Мн 1,75% |
| 40хх | Mo 0,20% или 0,25% или 0,25% Mo и 0,042% S |
| 41хх | Cr 0,50% или 0,80% или 0,95%, Mo 0,12% или 0,20% или 0,25% или 0,30% |
| 43хх | Ni 1,82%, Cr от 0,50% до 0,80%, Mo 0,25% |
| 44хх | Мо 0,40% или 0,52% |
| 46хх | Ni 0,85% или 1,82%, Мо 0,20% или 0,25% |
| 47хх | Ni 1,05%, Cr 0,45%, Mo 0,20% или 0,35% |
| 48хх | Ni 3,50%, Мо 0,25% |
| 50хх | Cr 0,27% или 0,40% или 0,50% или 0,65% |
| 50ххх | Cr 0,50%, C 1,00% мин. |
| 50Bxx | Cr 0,28% или 0,50% и добавлен бор. |
| 51хх | Cr 0,80% или 0,87% или 0,92% или 1,00% или 1,05% |
| 51ххх | Cr 1,02%, C 1,00% мин. |
| 51Bxx | Cr 0,80% и добавлен бор. |
| 52ххх | Cr 1,45%, C 1,00% мин. |
| 61хх | Cr 0,60% или 0,80% или 0,95%, V 0,10% или 0,15% мин. |
| 86хх | Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,20% |
| 87хх | Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,25% |
| 88хх | Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,35% |
| 92хх | Si 1,40% или 2,00%, Mn 0,65% или 0,82% или 0,85%, Cr 0,00% или 0,65% |
| 94Bxx | Ni 0,45%, Cr 0,40%, Mo 0,12% и добавлен бор. |
| ЭС-1 | Ni 5%, Cr 2%, Si 1,25%, W 1%, Mn 0,85%, Mo 0,55%, Cu 0,5%, Cr 0,40%, C 0,2%, V 0,1% |
Материаловедение
[ редактировать ]Легирующие элементы добавляются для достижения определенных свойств материала. Легирующие элементы могут изменять и персонализировать свойства — их гибкость, прочность, формуемость и прокаливаемость. [4] Обычно легирующие элементы добавляются в меньшем количестве (менее 5%) для повышения прочности или прокаливаемости или в большем количестве (более 5%) для достижения особых свойств, таких как коррозионная стойкость или устойчивость к экстремальным температурам. [2]
- Марганец, кремний или алюминий добавляются в процессе производства стали для удаления растворенного кислорода , серы и фосфора из расплава .
- Марганец, кремний, никель и медь добавляются для повышения прочности за счет образования твердых растворов в феррите.
- Хром, ванадий, молибден и вольфрам повышают прочность за счет образования карбидов второй фазы .
- Никель и медь в небольших количествах улучшают коррозионную стойкость. Молибден помогает противостоять охрупчиванию.
- Цирконий, церий и кальций повышают ударную вязкость, контролируя форму включений.
- Сера (в форме сульфида марганца ), свинец, висмут, селен и теллур повышают обрабатываемость. [5]
Легирующие элементы имеют тенденцию образовывать либо твердые растворы, либо соединения, либо карбиды.
- Никель хорошо растворяется в феррите; поэтому он образует соединения, обычно Ni 3 Al.
- Алюминий растворяется в феррите и образует соединения Al 2 O 3 и AlN. Кремний также хорошо растворим и обычно образует соединение SiO 2 •M x O y .
- Марганец преимущественно растворяется в феррите, образуя соединения MnS, MnO•SiO 2 , но образует и карбиды в виде (Fe,Mn) 3 C.
- ферритной и карбидной фазами, образуя (Fe, ) C Cr7C3 перегородки между Хром образует в стали и Cr23C6 , . Cr3 Тип карбида, который образует хром, зависит от количества присутствующих углерода и других типов легирующих элементов.
- Вольфрам и молибден образуют карбиды, если имеется достаточно углерода и отсутствуют более сильные карбидообразующие элементы (т.е. титан и ниобий ), они образуют карбиды W 2 C и Mo 2 C соответственно.
- Ванадий, титан и ниобий являются сильными карбидообразующими элементами, образуя карбид ванадия , карбид титана и карбид ниобия соответственно. [6]
Легирующие элементы также оказывают влияние на эвтектоидную температуру стали.
- Марганец и никель понижают температуру эвтектоида и известны как элементы, стабилизирующие аустенит . При достаточном количестве этих элементов аустенитную структуру можно получить при комнатной температуре.
- Карбидообразующие элементы повышают температуру эвтектоида; эти элементы известны как ферритовые стабилизирующие элементы . [7]
| Элемент | Процент | Основная функция |
|---|---|---|
| Алюминий | 0.95–1.30 | Легирующий элемент при азотировании сталей. |
| Висмут | — | Улучшает обрабатываемость |
| Бор | 0.001–0.003 | ( Бористая сталь ) Мощный агент прокаливаемости. |
| Хром | 0.5–2 | Увеличивает прокаливаемость |
| 4–18 | Повышает коррозионную стойкость | |
| Медь | 0.1–0.4 | Коррозионная стойкость |
| Вести | — | Улучшенная обрабатываемость |
| Марганец | 0.25–0.40 | Комбинируется с серой и фосфором для уменьшения хрупкости. Также помогает удалить излишек кислорода из расплавленной стали. |
| >1 | Повышает прокаливаемость за счет снижения точек трансформации и замедления трансформаций. | |
| Молибден | 0.2–5 | Стабильные карбиды ; подавляет рост зерна. Повышает вязкость стали, что делает молибден очень ценным сплавом для изготовления режущих частей станков , а также турбин лопаток турбореактивных двигателей . Также используется в ракетных двигателях . |
| Никель | 2–5 | ужесточение |
| 12–20 | Повышает коррозионную стойкость | |
| Кремний | 0.2–0.7 | Увеличивает силу |
| 2.0 | Пружинные стали | |
| Более высокие проценты | Улучшает магнитные свойства | |
| сера | 0.08–0.15 | Свойства свободной обработки |
| Титан | — | Фиксирует углерод в инертных частицах; снижает мартенситную твердость хромистых сталей |
| вольфрам | — | Также увеличивает температуру плавления. |
| Ванадий | 0.15 | Стабильные карбиды; увеличивает прочность при сохранении пластичности; способствует мелкозернистой структуре. Повышает прочность при высоких температурах |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Смит, с. 393.
- ^ Перейти обратно: а б Дегармо, с. 112.
- ^ Смит, с. 394.
- ^ «Какие виды стали существуют? | Блог производителей металла» . Металлические экспоненты . 18 августа 2020 г. Проверено 29 января 2021 г.
- ^ Дегармо, с. 113.
- ^ Смит, стр. 394–395.
- ^ Смит, стр. 395–396.
- ^ Дегармо, с. 144.
Библиография
[ редактировать ]- Дегармо, Э. Пол; Блэк, Джей Т.; Кохсер, Рональд А. (2007), Материалы и процессы в производстве (10-е изд.), Wiley, ISBN 978-0-470-05512-0 .
- Грувер, член парламента, 2007, с. 105-106, Основы современного производства: материалы, процессы и системы , 3-е изд., John Wiley & Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, ISBN 978-0-471-74485-6 .
- Смит, Уильям Ф.; Хашеми, Джавад (2001), Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.), McGraw-Hill, стр. 394, ISBN 0-07-295358-6
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
