Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
При выборе легированных сталей важную роль играют экономические соображения. Следует иметь в виду, что такие легирующие элементы, как марганец, кремний и хром, недефицитны и поэтому незначительно удорожают сталь; никель уже заметно повышает стоимость стали; особенно же сильно удорожают сталь такие элементы, как кобальт, вольфрам, молибден, даже при незначительном их содержании в стали. Легированные стали применяются во всех отраслях машиностроения. В зависимости от области использования легированные стали делятся на три группы:
1) конструкционные - для изготовления деталей машин и конструкций;
2) инструментальные — для изготовления инструментов;
3) с особыми физическими и химическими свойствами - нержавеющие, немагнитные, жароупорные и т. д.
Существует множество марок легированной стали, которые объединяются государственными стандартами: на конструкционные легированные стали имеется ГОСТ 4543 - 57, на инструментальные - ГОСТ 5950 - 51, на стали с особыми свойствами - ГОСТ 5632 - 51. Легированные стали маркируются буквами и цифрами, характеризующими химический состав стали. Буквы обозначают:
Г - марганец; С - кремний; X - хром; Н - никель; В - вольфрам; К - кобальт;
М - молибден; Т - титан; Ф - ванадий; Ю - алюминий; Д - медь; Р - бор.
Цифры, стоящие в начале марки, указывают примерное содержание углерода в стали. В
86
марках конструкционных сталей первые две цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента. У инструментальной легированной стали в начале марки стоит одна цифра, которая показывает содержание углерода в десятых долях процента. Если инструментальная сталь содержит 1% углерода и более, то цифра не ставится. Цифры за буквами указывают на содержание соответствующего легирующего элемента в процентах. Если легирующего элемента в стали менее 1%, то цифра после буквы не ставится. Приведем в качестве примера несколько марок конструкционной и инструментальной стали: 40Х -хромистая конструкционная сталь, содержащая 0,4% углерода; 25ХМ - хромомолибденовая конструкционная сталь с 0,25% углерода; 9ХС - инструментальная хромисто - кремнистая сталь, содержащая 0,9% углерода; X - инструментальная хромистая сталь с содержанием углерода около 1 %; 30XH3 - хромоникелевая сталь, содержащая 0,3% углерода, около 1% хрома и около 3% никеля. В конце обозначения некоторых марок стали ставится буква А (например, 12ХНЗА, 60С2А). Наличие этой буквы в марке указывает, что сталь высококачественная, т. е. имеет пониженное содержание вредных примесей (серы и фосфора). Высококачественные стали имеют такую же прочность, как и качественные (без буквы А), но вязкость их несколько выше.
ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ.
Как известно, свойства любого материала, в том числе и металла, определяются его строением. Чтобы разобраться в свойствах легированных сталей, необходимо ознакомиться с особенностями их строения. Напомним, что углеродистая сталь в отожженном состоянии всегда состоит из феррита и цементита, которые могут располагаться отдельно друг от друга или в виде механической смеси (перлита). Легирующие элементы в структуре стали в основном распределяются следующим образом:
1) растворяются в железе; 2) растворяются в цементите; 3) образуют с углеродом новую структурную составляющую - устойчивые химические соединения, которые называются специальными карбидами (карбид вольфрама WC, карбид молибдена МоС и др.). Карбиды отличаются измельченной формой, большой твердостью и значительной хрупкостью. Таким образом, структурными составляющими легированных сталей являются легированный феррит, легированный цементит и специальные карбиды.
Распределение легирующих элементов между указанными структурными составляющими зависит в основном от характера их взаимодействия с железом и углеродом. Все легирующие элементы в том или ином количестве могут растворяться в феррите. Такие элементы, как марганец, хром, кремний, никель и алюминий, способны растворяться в феррите в очень больших количествах, титан и медь растворяются в феррите в очень малых количествах (медь не более 1%). По отношению к углероду легирующие элементы делятся на две группы:
1) карбидообразующие, которые образуют с углеродом устойчивые химические соединения
- карбиды; к этой группе относятся хром, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан и
др.;
2) не образующие карбидов в стали; к ним относятся никель, кремний, алюминий, кобальт и медь.
Карбидообразующие легирующие элементы могут располагаться в феррите, цементите, а также в виде специальных карбидов. Легирующие элементы, которые не образуют карбидов, всегда находятся в виде твердого раствора в феррите или аустените. По своему строению, а следовательно и свойствам феррит легированной стали отличается от феррита углеродистой стали. В кристаллической решетке феррита легированной стали, кроме атомов железа и углерода, располагаются также атомы легирующих элементов (например, хрома, никеля и др.). Кристаллическая решетка искажена, ввиду чего имеет место упрочнение феррита. Все легирующие элементы, растворенные в феррите, в той или иной мере упрочняют его. Влияние различных легирующих элементов на механические свойства феррита показано на рис. 86. Приведенные кривые характеризуют влияние легирующих элементов на твердость и
