Цель легирования

Металлы и сплавы легируют элементами таблицы Менделеева для повышения механических свойств или придания специфических свойств (износостойкость, криогенность, коррозионностойкость в разных средах, жаростойкость, жаропрочность, окалиностойкость при высоких температурах, заданный коэффициент расширения, способность к циклическим нагрузкам, с высоким сопротивлением и т. д.).

Элементы таблицы (легирующие), растворяясь в железе, сдвигают критические точки А1, А3, А4, E, C, S по температурной шкале и по шкале концентрации. Часть элементов расширяют γ -область (C, Mn, N, Ni, Co, Cu, Pt и элементы платиновой группы) и называются аустенизаторами. Другая большая часть элементов расширяет α область (Si, Ti, Al, V, Cr, W, Mo, Ta, Nb, и др.), являясь ферритообразующими элементами.

В промышленных легированных сталях, которые являются многокомпонентными, многофазовыми системами легирующие элементы могут находится:

- в свободном состоянии;

- в соединении с железом или между собой;

- в виде соединений с O, S, P, C, B, N, Si, если их сродство к этим элементам больше чем у железа;

- растворенными в железе.

Легирующие элементы, растворяясь в феррите (Fe_α, α, Ф), аустените (Fе γ, γ, А), цементите (Fe₃C, Ц), вызывают изменение размеров решетки, изменение прочности, твердости, пластичности, хрупкости и других механических свойств.

Влияние некоторых элементов на свойства железо-углеродистых сплавов:

Be – увеличивает способность сталей, цветных сплавов к выдерживанию длительных, циклических нагрузок.

В – увеличивает прокаливаемость и закаливаемость при концентрациях до 0,01%.

С – повышает прочность, дает возможность проводить термообработку сталей и чугунов.

N – сильный аустенизатор, нитридообразующий элемент.

Al – измельчает зерно, раскислитель, стабилизирует аустенит, ферритообразующий элемент.

Si – повышает прочность и жаростойкость стали, сильный раскислитель. Уменьшает площадь петли гистерезиса, т.е. меньше затрачивается энергии на перемагничивание стали.

Ti – измельчает зерно, повышает прочность и твердость, сильный карбюризатор, повышает порог хладноломкости.

V – измельчает зерно, повышает все механические свойства, повышает порог хладноломкости.

Cr – увеличивает прочность, стали становятся нержавеющими при содержании его больше 13% .

Mn – увеличивает все механические свойства, при 11 – 15% придает стойкость к ударно-образивным нагрузкам.

Ni, Co – особо ценные легирующие элементы, увеличивают все механические свойства и особенно вязкость, пластичность, увеличивают прокаливаемость, снижают порог хладноломкости.

Mo – увеличивает все механические свойства, прокаливаемость, измельчает зерно.

W – увеличивает прочность, сильный карбидообразующий элемент. Изготавливают быстрорез.

Nb, Ta – измельчают зерно, увеличивают все механические свойства.