Принципы легирования и классифи-кация сталей

· механическая смесь (например, образование эвтектоида – две фазы)

· твёрдый раствор (одна фаза – замещения, внедрения, вычитания; неограниченный и ограниченный раствор)

· промежуточная фаза (новая решётка, интерметаллиды и хим.соединения – карбиды, нитриды, фазы с нормальной валентностью, электронные соединения, фазы Лавеса АВ₂ , фазы внедрения, s- фазы, упорядоченные растворы, остальные фазы)

Элементы в порядке убывания прочности их карбидов и нитридов:

Hf – Zr – Ti – Ta – Nb – V – W – Mo – Cr – Mn – Fe

IV группа V группа VI группа VII VIII

- Эквиваленты стабилизирующих элементов

- подходы

· метод проб и ошибок

· на основе физического материаловедения

· качественные оценки на основе участков диаграмм:

критерий распределения легирующего элемента

w = a/b

(a и b - растворимость В в А в твёрдом и жидком состояниях)

а) При w<1 (эвтектическая диаграмма) - сегрегации В на границах зёрен и меньше пластичность

б) При w>1(перитектическая диаграмма) – нет сегрегаций и снижения пластичности

в) При w=1 всё зависит от Т_m элементов А и В

г) пластичность можно оценить по a и w, упрочнение – по a, поэтому строят зачастую диаграмму a-w

е) характер диаграмм состояния позволяет сформулировать и технологические критерии жидкотекучести, склонности к растрескиванию, порообразованию, свариваемости, эффективности термообработки

- Диаграмма Шеффнера

-

Примеры для решения:

Сталь аустенитная 12Х18Н10Т

Cr_экв = 1 8 + 1,5 = 19,5 Ni_экв = 0,12×30 + 10 = 33,6

Сталь аустенитная Х16Н15М3Б

Cr_экв = 1 6 + 3×1,5 + 0,75 = 21,25 Ni_экв = 0,1×30 + 15 = 18

Сталь перлитная 12Х2МФБ

Cr_экв = 2,5 + 0,7×1,5 +0,3×5 + 0,65×1,75 = 6,2 Ni_экв = 0,12×30 = 3,6

Сталь перлитная 15Х2НМФА

Cr_экв = 2 + 1,5 +0,6×5 = 6,5 Ni_экв = 0,15×30 + 1 = 3,6

Сталь мартенситная 14Х17Н2

Cr_экв = 17 Ni_экв = 0,14×30 + 2 = 6,2

ХН35ВТ

Cr_экв = 15 + 3×0,75 +1,3×1,5 = 19,2 Ni_экв8 = 0,1×30 + 35 = 38

Расчёты указывают на ограниченность применимости диаграммы Шеффлера

- Она и была разработана для коррозионно-стойких сталей

- В ней нет вообще области перлитных сталей

Кроме того, химическая формула сталей не достаточно полно отражает состав легирующих элементов и особенно примесей, эффективно влияющих на Cr_экв и Ni_экв.

д) задачи сохранения или улучшения других свойств решаются дополнительным легированием

- Прокаливаемость

· важность при термообработке крупных изделий из термоустойчивых сталей

· обеспечивается легированием практически всеми элементами (кроме Со), растворёнными в аустените и замедляющими его распад (прежде всего это дешёвые Cr, Mn, B, а также дорогие Ni, Mo и др. в случае больших изделий)

· эффективно комплексное легирование (Cr + Mo, Cr + Ni, Cr + Ni + Mo и т.д

- Комплексный подход при легировании

· все элементы, кроме никеля, а в больших количествах и хром, марганец увеличивают Т_кр

· никель понижает Т_кр, увеличивает твёрдость и ударную вязкость, снижает скорость трещин, но он очень дорог

· тугоплавкие карбидообразующие элементы (ванадий, титан, ниобий, цирконий) при небольшом количестве измельчают зерно и уменьшают Т_кр и скорость трещин

· бор в количестве до 0,006 % улучшает прокаливаемость (это эквивалентно 1 % никеля, 0,5 % марганца или 0,2 % молибдена), но бор при содерании 0,01 % ведёт к горячеломкости

· чрезмерное легирование (кроме никеля и молибдена) ухудшает технологичность стали

· легирование повышает устойчивость карбидов и задерживает его коагуляцию (увеличение Т отпуска и возможность снять при отпуске закалочные напряжения)

- Классификация сталей

· по равновесной структуре:

доэвтектоидные (избыток феррита)

эвтектоидные (перлит)

заэвтектоидные (избыток вторичных карбидов)

ледебуридные (первичные карбиды)

· по структуре после охлаждения на воздухе

перлитные (малое содержания легирующих элементов)

мартенситные (значительное содержания легирующих элементов)

аустенитные (высокое содержания легирующих элементов)

ферритные (высокое содержания ферритостабил. элементов)

смешанные – Ф-П, Ф-М, А-М, А-Ф

· по составу основы

хромистые, хромоникелевые, хромоникельмарган-цевые, никелевые и т.д.

· по химическому составу

углеродистые

низколегированные (Fe-C+до 2,5 %М)

среднелегированные (от 2,5 до 10 % М)

высоколегированные (более 10 % М)

сплавы на основе железа – стали

· по назначению

конструкционные, инструментальные, с особыми физ. свойствами (магнитными, электрическими и т.д.)

· по качеству – по содержанию вредных примесей (S, P)

обыкновенные (<0,05 % S, <0,04 % P)

– Ст0, Ст1,….Ст6 (по мере увеличения С_С)

– Спокойные(Ст6сп), кипящие(Ст6кп), полуспокойные(Ст6кп)

– Группа А- негарантирован хим.состав

– Группа Б- гарантирован хим.состав (БСт0)

– Группа В- гарантированы хим. состав и мех. свойства (ВСт0)

качественные(<0,04 % S, <0,035 % P)

- Обозначения 08, 10, …,85 (по С_с)

- Низкоуглеродистые (до25) – мягкие после отжига

- Среднеуглеродистые (до50) – нормализация, улучшение, закалка

- Высокоуглеродистые – закалка, отпуск (пружины, рессоры)

высококачественные(<0,015 % S, <0,025 % P)

· по способности использования при >Т

- теплоустойчивые, работающие под нагрузкой при температуре до 600-650^оС длительное время

- жаропрочные, работающие под нагрузкой при высоких температурах определённое время и являющиеся жаростойкими

- жаростойкие (окалиностойкие), работающие под нагрузкой или без неё при Т свыше 550^оС и стойкие против хим. разрушения поверхности в газовых средах

- Маркировка легированных конструкционных сталей

· ГОСТ и отступления

- С_с впереди сотые доли (если >1 %, то не указывают, если <0,1 %, то ставят 0)

- Каждый элемент, кроме железа, обозначают символом и за ним-С_М

- При С_Fe<50 % и большом количестве элементов они перечисляются без цифр, а цифрой указывают С_Ni

· Нестандартные стали

- ЭИ исследовательская зав. "Электросталь"(ЭИ-847 –0Х16Н15М3Б)

- ЭП пробная зав. "Электросталь" (ЭП-172 -0Х16Н15М3БР, ЭП-450 –Х13М2БФР)

- ЧС Челябинская сталь (ЧС-42 – 0Х20Н45М4БЧ)