Легирующие элементы в стали

Легирующие элементы (ЛЭ) вводят в стали с целью измене­ния свойств. Влияние ЛЭ на свойства стали зависит от характера их взаимодействия с основными компонентами – железом (Fe) и углеродом (С), между собой и с примесями. Взаимодействуя с железом, легирующие элементы образу­ют твердые растворы внедрения либо замещения, изменяют темпе­ратуру полиморфных превращений.

Рис. 5.1. Влияние легирующих элементов на свойства стали

К первой относятся элементы (Ni, Мn, С, N₂, Сu), под влияни­ем которых критическая точка А₃ понижается, а А₄ повышается. При этом повышается зона аустенита (g- фазы) и сужается область a-фазы (феррита). При увеличении Х (концентрация легирующего элемента) точка А₃ может понизиться до комнатной и при любой температуре от комнатной до Т_l состав точки Х будет твердый раствор легирую­щего элемента в аустените (g -Fe + С).

Такие однофазные сплавы, не имеющие аллотропных превра­щений, называют аустенитными сплавами, а легирующие элементы - аустенитообразующими.

Во вторую группу объединяют элементы, которые повышают критическую точку А₃ и понижают точку А₄, сужая интервал между ними. При некоторой критической концентрации у точки А₃ и А₄ совмещаются и область g-фазы замыкается в узкую площадку.

Легирующие элементы второй группы называют ферритообразующими элементами (Сr, V, Si, W, Mo, Ti, Al и др.).

По отношению к углероду легирующие элементы подразделя­ют на:

- карбидообразующие;

- некарбидообразующие.

Все карбидообразующие относятся к металлам переходных групп и расположены в таблице Менделеева левее железа: Zr, Ti, Nb, V, Cr, Mo, W, Мn. При этом образуются следующие карбиды с общими формулами:

Me₂₃С₆ (Me - Cr, Fe, Mo)

Me₆C (Me - Fe, W) либо (Fe₃W₃С)

MeC (Me - Ti, Zr, Nb, V) и др.

Карбиды Me₃С, Me₇С₃, Me₂₃С₆, Me₆С - легко растворяются в аустените при нагреве.

Карбиды MeC и Me₂C - являются фазами внедрения, не раство­ряющимися в аустените.

К некарбидообразующим относятся Si, A1, Сu, Ni - эти элемен­ты находятся в стали в твердом растворе (аустeните либо феррите). Они способствуют распаду цементита на феррит и графит. Поэтому перечисленные элементы называют графитизирующими элементами.

Таблица 1. Влияние компонентов на механические свойства стали

Таблица 2. Влияние компонентов на технологические свойства стали

Обозначения в таблицах: ++ – очень сильно улучшает; +– немного улучшает; 0 – не влияет; --– сильно понижает; -– немного понижает.

Легирующие элементы влияют на:

- температуру эвтектоидного (перлитного) превращения;

- содержание углерода в эвтектоиде;

- рост зерна аустенита при нагревании;

- изотермический распад аустенита (С-образные кривые);

- критическую скорость закалки и прокаливаемость стали (прокаливаемость стали - глубина закаленного слоя);

- мартенситное превращение в стали;

- превращение в стали при отпуске;

- структуру стали;

- механические свойства стали.