Влияние легирующих элементов на технологические свойства сталей

К технологическим свойствам, прежде всего относятся свариваемость, деформируемость, обрабатываемость резанием и простота термической обработки.

Свариваемость принято считать по ГОСТ. Хорошую свариваемость имеют стали с содержанием С≤0,22 %. Легирующие элементы практически всегда ухудшают свариваемость, вызывают появление горячих трещин, поэтому предварительное содержание С в легированных сталях С≤0,18%. В легированных сталях введен коэффициен6т, который называется эквивалентным содержанием С, который определяется, как , который учитывает толщину свариваемого металла в мм. С_i – концентрация каждого i-го легирующего элемента. k – коэффициент, учитывающий, на сколько ухудшается свариваемость. Чем больше коэффициент, тем меньше элемент влияет на свариваемость. Принято считать, что стали имеют хорошую свариваемость, если С_экв ≤0,25%. При С_экв<0,5% стали свариваются неограниченно.

Деформируемость металлов зависит от условий деформирования. Сюда входят температура деформирования, скорость деформирования, состав сталей, а также определенные свойства сталей. Деформируемость тем лучше, чем лучше пластичность и вязкость стали. Соответственно все элементы, которые снижают эти характеристики, снижают деформируемость стали. Это, прежде всего, примеси внедрения (О, С, Н). Особенно чувствительно влияние H, N, O, так как они вызывают деформационное старение. Те элементы, которые сильно растворяются в феррите – это кремний и другие, плохо влияют на деформируемость.

Все элементы, упрочняющие стали или повышающие их вязкость затрудняют обработку резанием. Исключение S И P – элементы, облегчающие резание, а также S и Pb. P редко вводят в стали для облегчения резания. Более часто это S и Se. Эти элементы образуют соединения MnS, которые облегчают отход стружки. При резании служат смазкой. Соответственно получаем хорошую поверхность и точность.

В легированных сталях термическая обработка определяется химическим составом и теми свойствами, которые надо в результате получить. Увеличивается прокаливаемость стали, замедляется процесс распада мартенсита при отпуске.

Отрицательные факторы легированных сталей

1. Легированные стали, особенно легированные Cr и Ni, склонны к флокенообразованию. Таким сталям требуется дополнительный обезводораживающий отжиг.

2. Из-за замедленных диффузионных процессов и затрудненной растворимости избыточных фаз нагрев под закалку или под другой вид ТО проводят до более высоких температур. Из-за плохой теплопроводности легированных сталей нагрев под закалку или другую ТО проводят замедленно или ступенчато..

3. Легированные стали сильно склонны к ликвации и неравномерности по составу и структуре.

Легированные стали склонны к отпускной хрупкости 1-го (обратимая0 и 2-го рода (необратимая). Особенно сильно это проявляется в сталях, легированных Cr, Cr+Ni, Cr+Mn+Si, а это основная масса сталей. Отпускнавя хрупкость 2-го рода проявляется в интервале 250-400°С. Она связана с неравномерностью протекания 3-го превращения при отпуске с выделением цементита на границах α-твердого раствора. Это приводит к перераспределению напряжений, а соответственно и к хрупкому разрушению границы. Отпускная хрупкость 1-го рода не зависит от скорости охлаждения. Бороться с ней можно отпуском выше интервала хрупкости. Легирующие элементы в своем большинстве на хрупкость не влияют, кроме Cr, Ni и Mn, которые повышают склонность к отпускной хрупкости 1-го рода, Mo и W несколько снижают. Si смещает критический интервал в область более высоких Т 350-450°С. Отпускная хрупкость 2-го рода или обратимая характеристика, прежде всего, для легированных сталей. Интервал этой хрупкости 500-600°С. Хрупкость проявляется при достаточно большой длительности отпуска и медленном охлаждении после отпуска. Если после отпуска охлаждение происходит в воде, хрупкость не прявляется. Последующий нагрев в опасную область температур и медленное охлаждение опять приведут к появлению хрупкости. Отпуск при Т>650°C снимает эту хрупкость, но повторный нагрев в эту область снова ее вернет. Причиной отпускной хрупкости являются скопления Sb, P, As, Sn на границах зерен. Все эти элементы – горофильные.

Элементы Ni, Cr также скапливаются возле границы. Эти элементы увеличивают термодинамическую активность вредных примесей и способствуют их выделению и сегрегации. В результате вдоль границы образуется область толщиной 1-2 мм, в которой содержание вредных примесей повышается в 100-1000 раз. При этом порог холодноломкости повышается значительно выше комнатной температуры. Сталь становится хрупкой.

Для борьбы с отпускной хрупкостью 2-го рода в сталь вводится Mo до 0,5 % (0,2-0,3 %), W – до 1,5 % (1-1,2 %). Эти элементы не собираются у границы, одновременно они снижают термодинамическую активность вредных примесей.