Тема 6 Легуючі елементи в сталях та чавунах

Леговані  сталі.

 В  вуглецеві  сталі  під  час  плавки  вводять  спеціальні  елементи,  які  називають легуючими.  Легуючі елементи змінюють  механічні,  фізико-механічні, фізичні  та хімічні  властивості ввуглкцевих  сталей.  Так,  для  збільшення  зносостійкості  в сталь  додають  марганець,  вольфрам,  ванадій;  для  підвищення  корозійної  стійкості  вводять  хром  і нікель.

Легуючі  елементи  розчиняються  в  фериті,  аустеніті,  цементиті,  а  також  утворювати  з  вуглецем  сполуки,  які називають  карбідами.  Деякі  легуючі  елементи  утворюють  інтерметалеві  сполуки із  залізом  або  між  собою.  У  фериті  розчиняються  кремній, нікель,  кобальт,  марганець,  хром,  молібден,  вольфрам,  азот,  фосфор  та  інші,  вони  підвищують  його  твердість,  зменшують  пластичність, підвищують  крихкість.  В  аустеніті розчиняються нікель,  марганець, хром  та  інші.  Ці  елементи  затримують розпад  аустеніту на  ферито-цементитну  суміш.

Багато  елементів реагують  з  вуглецем і  утворюють  при  цьому  карбіди  і  легований  цементит.  До  таких  елементів  належать титан,  ванадій,  хром,  марганець,  цирконій,  ніобій, молібден,  тантал,  вольфрам  та  інші.  Карбіди  мають  високу  твердість,  тому  вони  підвищують  твердість,  зносостійкість сталі.

Легуючі елементи підвищують міцність та зменшують пластичність фериту. Невелика кількість легуючих елементів підвищує в’язкість (Cr, Mn, Ni), а в великій кількості – знижує (рис. 19).

Рис. 19 – Вплив легуючих елементів на властивості фериту

а) – міцність та пластичність (дійсний стиск е); б – ударну в’язкість

Легуючі елементи з вуглецем утворюють карбіди, або замінюють частину атомів заліза в карбіді заліза, змінюють температуру поліморфних перетворень.

Легуючі елементи в сталі розподіляються між твердим розчином та карбідами в залежності від ступеня хімічної спорідненості з вуглецем. Елементи з хімічною спорідненістю до вуглецю меншою ніж у заліза (Co, Si, Ni) не утворюють в сталі своїх карбідів і практично не приймають участі в процесах карбідоутворення.

За ступенем хімічної спорідненості до вуглецю, легуючі елементи розміщуються в такому порядку: Mn, Cr, W, Mo, V, Nb, Ti. Очевидно, що титан, ніобій та ванадій утворюють найбільш стійкі карбіди, які не розчиняють інші елементи. Хром, вольфрам, молібден можуть утворювати свої карбіди типу Me23C6, Me7C3, MeC, а також можуть входити частково до складу карбіду цементитного типу Me3C. Марганець в сталі утворює карбід цементитного типу (FeMn)3C. Ступінь хімічної спорідненості до вуглецю визначає розподіл елементів між феритом та карбідами.

Марганець, як елемент з найменшою спорідненістю до вуглецю, легуючи сталь, легує в основному ферит. Хром краще утворює карбіди,менше легує ферит. Менше розчиняються в фериті вольфрам та молібден, а ванадій, ніобій та титан практично повністю зв’язуються в карбіди.

Кількість карбідоутворюючого елемента, який розчиняється в фериті залежить від вмісту в сталі вуглецю. Якщо вуглецю в сталі дуже мало (до 0,04 %), то навіть найактивніші карбідоутворюючі елементи (V, Nb,Ti) будуть повністю розчинятися в фериті.