2. ЛЕГИРОВАННЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

Легированные стали шйроко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении и в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Эти стали широко применяют для тяжело-нагруженных металлоконструкций.

В качестве легирующих элементов чаще используют сравнительно недорогие и недефицитные элементы — марганец, кремний и хром. Стали, содержащие эти элементы, нередко добавочно легируют титаном, ванадием и бором.

Для изготовления высоконагруженных деталей стали легируют значительно более дорогими и дефинитными элементами, такими как никель, молибден, вольфрам, ниобий и др.

Стали, в которых суммарное содержание легирующих элементов не превышает относятся к низколегированным, содержащие — к легированным, и более — к высоколегированным (содержание железа более

Чем выше легированность стали и меньше размеры полуфабриката, тем стоимость стали больше. Особенно дороги стали, содержащие большое количество никеля, молибдена, вольфрама и кобальта. Цена калиброванной и шлифованной стали выше.

Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении — легированные стали.

В этих сталях обычно содержится (чаще

Большинство конструкционных легированных сталей относится к перлитному классу, а в равновесном состоянии к группе доэвтектоидных. Высоколегированные стали, как правило, имеют специальное назначение (коррозионно-стойкие, жаропрочные, немагнитные и др.) и относятся к ферритному, мартенситному, аустенитному и смешанным структурным классам.

Влияние легирующих элементов на свойства стали. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15—20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей. Особенно сильно повышаются предел текучести, относительное сужение и ударная вязкость. Это объясняется тем, что легированные стали обладают меньшей критической скоростью закалки, а следовательно, лучшей прокаливаемостью. Кроме того, после термической обработки они имеют более мелкое зерно и более дисперсные структуры. Благодаря большей прокаливаемости и меньшей критической скорости закалки замена углеродистой стали легированной позволяет проводить закалку деталей в менее резких охладителях (масле, воздухе), что уменьшает деформацию изделий и опасность образования трещин. Легированные стали применяют

поэтому не только для крупных изделий, но и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем выше ее прокаливаемость.

Для достижения высокой прокаливаемости сталь чаще легируют более дешевыми элементами — марганцем, хромом и бором, а также более дорогими — никелем и молибденом. Наибольшая прокаливаемость достигается при комплексном легировании стали. Однако следует иметь в виду, что по достижении необходимой для данного сечения прокаливаемости дальнейшее увеличение в стали легирующих элементов может не улучшить, а, напротив, ухудшить механические и технологические (обработку резанием, свариваемость и т. д.) свойства стали. При этом повышается порог хладноломкости. Например, увеличение содержания в стали хрома или марганца до практически не влияет на порог хладноломкости. Однако при больших их концентрациях порог хладноломкости повышается. В связи с этим содержание легирующих элементов должно быть минимальным, обеспечивающим необходимую для данного сечения и условий охлаждения сквозную прокаливаемость.

Исключение составляют никель и молибден. Никель повышает сопротивление хрупкому разрушению стали, увеличивая пластичность и вязкость, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений и понижает температуру порога хладноломкости. При содержании в стали порог хладноломкости снижается на дальнейшее увеличение концентрации никеля до вызывает менее сильное, но все же снижение порога хладноломкости. Повышая запас вязкости, никель увеличивает КСТ и Введение рекомендуется для обеспечения глубокой прокаливаемости. Никель — дорогой металл, поэтому чаще в конструкционные стали его вводят совместно с хромом и другими элементами и притом в предельно минимальном количестве. В сложнолегированных сталях никель также обеспечивает высокое сопротивление хрупкому разрушению.

Легирование стали небольшим количеством (до образующих труднорастворимые в аустените карбиды, измельчает зерно, что понижает порог хладноломкости, повышает работу распространения трещины КСТ и уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений.

Легирующие элементы повышают устойчивость мартенсита к отпуску и задерживают коагуляцию карбидов.

После одинаковой температуры отпуска легированная сталь будет иметь более высокую прочность (твердость), но несколько меньшую пластичность и вязкость, чем углеродистая сталь. Легирующие элементы существенно повышают прочность стали после улучшения, упрочняя ферритную основу (в том числе и за счет сохранения большей плотности дефектов строения) и увеличивая дисперсность карбидных частиц.

Для подавления обратимся отпускной хрупкости сталь легируют молибденом (или вольфрамом), что очень важно для крупных изделий, в которых даже при охлаждении в воде от температур отпуска нельзя устранить эту хрупкость. Кроме того, молибден (вольфрам) повышает прокаливаемость (особенно в сочетании с никелем) и устойчивость стали отпуску. Молибден улучшает механические свойства стали после цементации (нитроцементации) и повышает твердость и прокаливаемость цементованного слоя, так как не склонен к внутреннему окислению при взаимодействии с газовым карбюризатором.

Кремний замедляет процесс отпуска мартенсита и является полезным легирующим элементом для сталей, подвергаемых изотермической закалке. Стали, содержащие кремний, после изотермической закалки обеспечивают высокую вязкость и пониженную чувствительность к надрезу. Это объясняется тем, что в процессе промежуточного превращения возрастает количество высокоуглеродистого остаточного аустенита и повышается вязкость бейнита вследствие уменьшения в -фазе содержания углерода.

Маркировка легированных конструкционных сталей. Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент: А — азот, Б — ниобий, В — вольфраму Г — марганец, Д — медь, Е — селену К — кобальт, Н — никель, М — молибдену П — фосфору Р — бору С — кремний, Т — титану Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконийу Ч — редкоземельный, Ю — алюминий.

Цифры после букв указывают примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает, что среднее содержание легирующего элемента не превышает Основная масса легированных конструкционных сталей выплавляется качественными

Высококачественные стали содержат меньше вредных примесей и обозначаются буквой «А», помещенной в конце марки. Особовысококачественная сталь обозначается буквой «Ш», располагаемой в конце марки (например, Если буква «А» расположена в середине марки (например, то сталь легирована азотом а если в начале марки (например, — сталь автоматная (хорошо обрабатываемая резанием), содержащая . Индекс «АС» в начале марки указывает, что сталь автоматная легированная свинцом

Расшифруем некоторые марки стали. Например, сталь содержит (в среднем) и относится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква «А». Сталь содержит , а отсутствие цифр после букв, обозначающих легирующие элементы, говорит о том,

что хрома и марганца содержится около а титан, как указано ранее, присутствует в небольшом количестве Следует подчеркнуть, что некоторые элементы и др. — нередко присутствуют в стали в сотых долях процента (бор в тысячных долях процента), оказывая при этом существенное влияние на свойства стали. Потому они рассматриваются, как легирующие элементы (микролегирование), что находит отражение в марке стали. Например, сталь содержит сталь содержит сталь содержит