Легированные стали и влияние легирующих элементов на их свойства

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Институт повышения квалификации

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по Металловедению

на тему

«Легированные стали и влияние легирующих элементов на их свойства»

 

Выполнил:

ст. гр. ПМГ-А-08з

Коршунов Г.П.

Алчевск 2009

1. Общая характеристика легированных сталей

Около 10% всей выплавленной стали является легированной. Легированные стали обладают рядом специфических свойств: износостойкость, жаропрочность, прокаливаемость в крупных сечениях, кислотостойкость.

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами.

В качестве легирующих элементов выступают: Cr, Ni, Si, Mn, Mo, W, V, Ti, Mo и т.д.

Следует отличать примеси и специально вводные элементы:

Si до 0,2 – 0,4% – в качестве примесей (обычная углеродистая сталь);

Si до 0,9 – 1,0% – легированная сталь (Si – вводят специально);

V – 0,05 – 0,1% – легированная ванадием сталь;

Ti – 0,1% – легированная титаном сталь.

В – 0,002 – 0,003% – легированная бором сталь.

Т.о., легированная сталь – это сталь в которую специально вводятся легирующие компоненты.

 

2. Распределение легирующих элементов в стали

В промышленных легированных сталях легирующие элементы могут находится:

1) в свободном состоянии (Pb, Cu, Ag);

2) в форме интерметаллических соединений с железом или между собой;

3) в виде оксидов, сульфидов и других неметаллических включений (Al₂O₃, TiO₂, V₂O₅, MnS, и т.д.)

4) в виде легированного цемента или самостоятельных специальных карбидов;

5) В форме твердого раствора в железе.

Рассмотрим некоторые из них:

свинец (Pb), медь (Cu), серебро (Ag) – практически нерастворимы в железе, находятся в свободном состоянии.

Возможные оксиды:

Al₂O₃, TiO₂, V₂O₅ – зависят от метода ведения плавки.

Все легирующие элементы (Ni, Cr, W, V, Mn, Co и т.д.), за исключением C, N, H и частично В, образуют твердые растворы замещения.

C, N, H, B – образуют твердые растворы внедрения.

3. Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения железа

Все легирующие элементы, за исключением C, N, H, В, растворяясь в железе, замещая его атомы, влияют на положение критических точек (А₃ (точка G) и А₄ (точкаN)), определяющих температурную область существования б- и г- железа.

Т.о., легирующие элементы делятся на две группы:

1-я группа – элементы стабилизирующие аустенит (г- фазу).

2-я группа – элементы стабилизирующие феррит (б- фазу).

К элементам первой группы относятся Ni и Mn, которые понимают точку А₃, и повышают точку А₄. В результате этого на диаграмме Fе – л.э. наблюдается расширение области г- фазы и сужение области существования б- фазы.

Рисунок 1

Рассмотрим три сплава:

І сплав – г- фаза закристаллизовалась и существует до комнатной температуры, т.е. сплав с концентрацией л.э. > x₂ не испытывает фазовых превращений (б ↔ г). Такие сплавы называют аустенитными.

ІІ сплав – происходит частичное превращение г ↔ б. Это аустенито-ферритные сплавы (полуаустенитные).

ІІІ сплав – происходит полное полиморфное превращение. Такие сплавы называют ферритными (полностью образуется б- фаза).

К элементам І группы относятся также Cu, C, N – при небольшом содержании в сплаве они расширяют область существования г- фазы, а при большом содержании сужают однофазную область г- фазы или образуют химическое соединение – е- фазу(рис. 2).

Cu, C, N – образуют химическое соединение – е.

Рисунок 2.

Элементы второй группы – Cr, W, Mo, V, Si, Al, Ti и др. – понижают точку А₄ и повышают точку А₃. (Все эти легирующие элементы имеют ОЦК-решетку, за исключением Al (ГЦК)).

При определенной концентрации легирующих элементов критические точки А₄ и А₃, а также их интервалы, сливаются, и область г- фазы полностью замыкается (выклинивается) (рис. 3).

Рисунок 3

При содержании легирующего элемента (л.э.) > y₁ %, сплавы (типа I) при всех температурах состоят из твердого раствора л.э. в б-железе. Такие сплавы называются – ферритными (например, образуются при содержании Cr>12%).

Сплавы типа ІІ – имеют частичное превращение б↔г и называются феррито-аустенитными (полуферритными).

Сплавы типа ІІІ – сплавы с полным полиморфным превращением б↔г.

Легирующие элементы оказывают большое влияние на эвтектоидную концентрацию углерода (точка S диаграммы Fе – С) и предельную растворимость углерода в г- железе (точка Е).

Легирующие элементы: Ni, Co, Si, W, Mo, Cr, Mn – точки S и Е сдвигают влево в сторону меньшего содержания углерода, а V, Ti, Nb – наоборот, повышают концентрацию углерода в эвтектоиде.

Например:

введение 5% Cr сдвигает т. S до 0,5% С; т. Е до 1,3% С;

введение 10% Cr сдвигает т. S до 0,25ч0,3% С; т. Е до 1% С.

Пример. Быстрорежущая сталь (самокал – закаляется на воздухе). Содержит углерода 0,7 – 0,8%, W – 9ч18%. Происходит значительное смещение точек E и S. При таком легировании и содержании углерода в структуре образуется ледебурит (сталь относится к ледебуритному классу).