Классификация легированных сталей
Легированная сталь – это сталь, в составе которой кроме железа и углерода присутствуют другие специально вводимые элементы.
Цель введения других элементов может заключаться в увеличении механических свойств (пластичность, прокаливаемость, ударная вязкость, прочность), магнитных свойств, а также химической и тепловой стойкости. В качестве легирующих элементов могут быть использованы вольфрам, титан, бор, медь, азот, хром, марганец, никель, молибден и другие. Легированные стали классифицируются по следующим признакам:
- Структура. Согласно данному признаку легированные стали делятся на ферритные, аустенитные, мартенситные, мартенситно-стареющие, двухфазные ферритно-мартенситные и т. п.
- Степень легирования. По данному признаку различают низколегированные (до 2,5 %), среднелегированные (от 2,5 до 10 %) и высоколегированные (от 10 до 50 %) стали.
- Химический состав. По химическому составу различают хромоникелевые, хромомарганцевыекремниевые, сильхромы, хромоникельмолибденовые и т.п.
- Качество. Согласно ГОСТу по качеству легированные стали делятся на обычные, качественные, высококачественные электрошлакового переплава и специальные.
Микроструктура легированных сталей в равновесном состоянии
Равновесное состояние – это состояние, которое характеризуется при постоянных внешних условиях неизменностью параметров во времени, а также отсутствием в системе потоков.
По микроструктуре легированные стали, которые находятся в равновесном состоянии делятся на:
- Доэвтектоидные стали, которые имеют структуру феррита и перлита.
- Эвтектоидные стали с перлитной структурой.
- Заэвтектоидные стали, структура которых состоит из перлита и избыточных вторичных карбидов.
- Стали ледебуритного класса, структура которых состоит из первичных карбидов и ледебурита.
- Стали аустенитного класса.
- Стали ферритного класса.
Содержание перлита и феррита в доэвтектоидных сталях определяется содержанием концентраций углерода в эвтектоиде и углерода в стали. На рисунке ниже изображена микроструктура легированной стали данного класса.
Рисунок 1. Микроструктура легированной стали. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рисунок 2. Микроструктура легированной стали. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь; а - микроструктура легированной стали доэвтектоидного класса после полного отжига; б - микроструктура легированной стали эвтектоидного класса после нормализации.
Пример микроструктуры стали эвтектоидного класса с перлитной структурой изображена на рисунке ниже.
Рисунок 3. Микроструктура стали эвтектоидного класса с перлитной структурой. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
С увеличением содержания легирующих составляющих концентрация углерода в перлите становится меньше. Например, сталь марки 70С3А, которая содержит от 0,66 до 0,74 % углерода и от 2,4 до 2,8 % кремния, в отожженном состоянии имеет перлитную структуру.
К классу заэвтектоидных сталей со структурой, состоящей из перлита и вторичных карбидов относятся инструментальные стали марок Х, ХГ, ХВГ, ХГСВ и другие. Например, сталь марки ХГ с содержанием углерода от 1,3 до 1,5 %, хрома от 1,3 до 1,6 % и марганца от 0,45 до 0,7 %, после полного отжига из однофазного аустенитного состояния приобретает структуру, которая состоит из сетки избыточных вторичных карбидов и тонкопластинчатого перлита. Пример данной микроструктуры изображен на рисунке ниже.
Рисунок 4. Микроструктура легированной стали. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Стали ледебуритного класса содержат карбиды, которые выделяются из жидкой фазы в процессе кристаллизации, а также ледебурита, входящего в состав эвтектики. Легирующие элементы способны существенно снижать растворимость углерода в аустените, до такой степени, что при его концентрации менее 1 % возможно образование ледебурита в стали. Так, например, в быстрорежущей литой стали марки Р18 (в которой содержится 0,7-0,8 % углерода, 3,4-4,4 % хрома, 17,5 - 19 % вольфрама и 1-1,4 % ванадия) присутствует ледебурит, имеющий скелетообразный вид в вольфрамовых сталях. Сам ледебурит состоит из пластин карбидов, которые чередуются с аустенитом. В случае охлаждения в процессе кристаллизации перитектическое превращение не успевает закончиться, поэтому в структуре сохраняется некоторое количество d-феррита. Это феррит при дальнейшем охлаждении подвергается эвтектоидному распаду с образованием d-эвтектоида, который состоит из карбидов и тонкодисперсной смеси аустенита. Так как d-эвтектоид сильной травится, из-за своей большой измельченности, он имеет вид темных кристаллов округлой формы и плохо отличим от перлита. Пример микроструктуры данной стали изображен на рисунке ниже.
Рисунок 5. Микроструктура легированной стали. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Элементами, которые стабилизируют стали аустенитного класса являются азот, никель, марганец, медь, углерод. В случае их достаточного содержания сталь не претерпевает никаких фазовых превращений и поэтому сохраняется ее первоначальная аустенитная структура при охлаждении до комнатной температуры. Для микроструктуры аустенитной стали характерно наличие зерен прямолинейных границ двойникования. Пример микроструктуры такой стали изображен на рисунке ниже.
Рисунок 6. Микроструктура легированной стали. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
