Классификация легированных сталей

Легированные стали классифицируются по структуре, химическому составу и назначению.

Вводимые в сталь легирующие элементы вступают во взаимодействие с железом, углеродом и другими присутствующими элементами, в результате чего происходит изменение структуры, механических и физических свойств.

По структуре в равновесном состоянии, в зависимости от степени легированности, стали подразделяются на классы:

1. Перлитный.

2. Аустенитный.

3. Ферритный.

4. Ледебуритный (карбидный).

Кроме того, встречаются стали промежуточных классов – полуферритный, полуаустенитный.

Изменение структуры и свойств связано с растворением легирующих элементов в феррите и цементите, с образованием соответственно легированного феррита и легированного цементита, специальных карбидов и интерметаллических соединений. Появление новых классов, по сравнению с углеродистыми сталями, связано с влиянием легирующих элементов на критические точки А₁, А₃, а также на смещение линии SE в сторону меньших концентраций углерода (влево).

Некоторые легирующие элементы (Ni, Mn) смещают точку А₁ до температур, ниже комнатных, тем самым обеспечивая существование устойчивого аустенита при комнатной температуре.

Стали ферритного класса содержат повышенное количество элементов, растворяющихся в феррите (Cr, Si), и небольшое количество углерода (0,1 – 0,4 %). Эти элементы, расширяющие область существования α-фазы, вследствие этого сталь имеет структуру легированного феррита при любой температуре.

Стали карбидного класса (в равновесном состоянии) имеют высокое содержание углерода и карбидообразующих элементов W, Cr, V. Вследствие этого структура таких сталей состоит из включений специальных карбидов в основной структуре. В литом состоянии наблюдается карбидная эвтектика, поэтому эти стали иногда называют сталями ледебуритного класса. Большое количество карбидов придает сталям высокую твердость, износостойкость и высокие режущие свойства, а поэтому эти стали применяются для изготовления инструмента.

По структуре после охлаждения на воздухе различают стали перлитного, мартенситного и аустенитного классов.

Рассмотрим диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита для сталей этих классов (рис. 13.1). На рисунке нанесена кривая, соответствующая охлаждению на воздухе (нормализации).

а)	б)

в)

Рис. 13.1. Диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита: а) сталь перлитного класса, б) сталь мартенситного класса, в) сталь аустенитного класса

К сталям перлитного класса относятся стали с низким содержанием легирующих элементов (суммарное содержание легирующих элементов до 4…6 %). Кривая нормализации пересекает кривую изотермического превращения в перлитной области, где образуются структуры перлита, сорбита, тростита.

К мартенситному классу относятся стали с более высоким содержанием легирующих элементов (суммарное содержание легирующих элементов от 4 до 14 %). Кривая изотермического превращения для этих сталей располагается правее (большая устойчивость аустенита), кривая нормализации не пересекает С-образную кривую, аустенит переохлаждается до точки Мн, образуя мартенситную структуру.

К аустенитному классу относятся стали с высоким содержанием легирующих элементов (главным образом Ni и Mn).

В этих сталях не только кривая изотермического превращения сдвинута вправо, но также понижена точка начала мартенситного превращения Мн; она располагается при температурах ниже комнатной. В этом случае кривая нормализации не пересекает С-образную кривую и не доходит в процессе охлаждения до точки Мн, в связи с чем в структуре сохраняется аустенит.

Структуры легированных сталей различных классов приведены на рис. 13.2.

а)	б)	в)

г)	д)

Рис. 13.2. Микроструктура легированных сталей (х 135):

а) перлитного класса; б) аустенитного класса; в) ферритного класса;

г) ледебуритного класса; д) мартенситного класса

По химическому составу, в зависимости от входящего элемента, сталь будет называться: Cr – хромистая; Мn – марганцовистая; Cr и Ni – хромоникелевая и т.д.

По назначению легированные стали делятся на три класса:

1. Конструкционные – машиностроительные и строительные, которые применяются для изготовления деталей машин и механизмов и ответственных механических конструкций. Они должны обладать хорошим сочетанием механических свойств, а строительные стали, кроме того, хорошей свариваемостью.

2. Инструментальные – применяются для изготовления высококачественного режущего, ударно-штампового и мерительного инструмента. Эти стали должны обладать высокой твердостью, красностойкостью, большим сопротивлением износу и удару.

3. Стали с особыми физическими, химическими, магнитными и др. свойствами.