Влияние легирования на свойства сплавов на основе железа.

Элементы, специально вводимые в сплав с целью изменения его строення и свойств, называют легирующими, а данный сплав легированным.

Наиболее существенное влияние эти элементы оказывают на свойства сталей, воздействуя на полиморфизм железа. Температура полиморфных превращений железа зависит от всех растворенных в нем элементов. В их присутствии расширяется область существования γ-железа (повышаются температуры, соответствующие точке A₄и снижаются — соответствующие А₃), либо данная область ссужается (снижаются температуры, соответствующие точкеА₄, и повышаются – соответствующие А₃, см.табл. 9.1.,рис. 1.10). Первая группа элементов (Ni, Мn и др.) при введении выше определенного содержания расширяет область γ-состояния от комнат­ной температуры до температуры плавления. Такие сплавы назы­вают аустенитными. Другие элементы (V, Si, Mo и др.) делают феррит устойчивым до температуры плавления. Такие сплавы на­зывают ферритными. При нагреве и охлаждении в них не происхо­дит эвтектоидное превращение.

Легирующие элементы могут находиться в сталях в свободном состоянии, в форме химических соединений с железом или между собой, в виде оксидов, сульфидов и других неметаллических приме­сей, в карбидной фазе, а также в виде твердых растворов в желе­зе. Наиболее часто они растворяются в основных фазах сплавов железа с углеродом (феррит, аустенит, цементит) или образуют специальные карбиды.

Рис. 1.10. Зависимость температуры полиморфных превращений железа от содержания в сплаве легирующих элементов:

а – Mn, Ni, Pt; б – Si, Al, P, Be, W, Sn, Mo, Sb, V, Ti

Рис. 1.11. Зависимость твердости (а) и ударной вязкости (б) феррита от содержания легирующих элементов (по А.П. Гуляеву)

Карбидообразующие элементы (молибден, ванадий, вольфрам, титан) задерживают выделение карбидов при отпуске и увеличи­вают конструкционную прочность стали.

Влияние легирующих элементов на свойства сталей проявляется прежде всего в изменении свойств феррита, дисперсности карбидной фазы, устойчивости мартенсита при отпуске, прокаливаемости, размера зерна и т. д. (табл. 9.1). По объему (более 90 %) феррит — основная составляющая конструкционных сталей. Легирующие элементы растворяются в нем, замещая атомы железа в решетке и искажая ее, что приводит к возрастанию прочности и твердости феррита. Увеличению последней наиболее сильно способствует введение кремния, марганца и никеля. Большинство легирующих элементов, однако, снижают вязкость феррита и повышают порог его хладноломкости (рис. 1.11). Исключением является I никель, оказывающий наиболее благоприятное влияние на свойства стали.

Влияние легирующих элементов на свойства чугунов проявляется в основном в их графитизации, которая определяет структуру, а, следовательно, и свойства. Наиболее часто чугуны легируют хромом, никелем, медью, алюминием и титаном для придания специальных свойств (жаростойкость и др.).