Добавка в сталь и чугун для стойкости

Стали — сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,3 %, а также с другими естественными или вводимыми с определенной целью легирующими добавками.

Стали делятся: по применению — на конструкционные и инструментальные; по химическому составу — на углеродистые и легированные: по качеству — на углеродистые обыкновенного качества, углеродистые качественные конструкционные, легированные конструкционные и низколегированные конструкционные. Свойства стали зависят от содержания углерода. Чем больше углерода, тем прочнее, тверже и менее пластична сталь.

Конструкционная углеродистая сталь (используется для изготовления деталей машин и металлоконструкций) обыкновенного качества маркируется: Ст. О, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 7, сталь углеродистая качественная — сталь 10, 15, 20 …… 60, 65, 70, качественная с повышенным содержанием марганца — 15 Г, 30 Г, 50Г2 ит.д.

В марке качественной стали цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, сталь 50 содержит до 0,5 % углерода).

Инструментальная углеродистая сталь используется для изготовления металло- и деревоперерабатывающего инструмента и штампов. Сталь имеет в маркировке букву У и цифру, показывающую количество углерода.

Например, У8А означает: сталь углеродистая инструментальная, содержащая 0,8 % углерода, высококачественная, так как в конце марки указана буква А.

Легированная сталь содержит в своем составе добавки, придающие ей особые свойства — повышение износостойкости, температуростойкости, коррозийной стойкости и пр. В качестве легирующих добавок используют: вольфрам — В, хром — X, ни- кель — Н, кремний — С, молибден — М, титан — Т, ванадий -Ф, бор — Р, алюминий — Ю и др.

Марка легированной стали обозначается многозначными числами (таблица 1.1). Цифры после букв обозначают процентное содержание компонентов; если оно не превышает одного процента, то цифра после буквы не ставится.

Например, марка 25ХЗН4А расшифровывается как — высококачественная хромоникелевая сталь, содержащая до 0,25 % углерода, хрома 3 % и никеля 4 %. Стальное литье маркируется так : Сталь 25Л, 35Л и т.п.

Механические свойства сталей (особенно усталостная прочность) повышаются при объемной и поверхностной термической (отжиг, нормализация, закалка, отпуск) или химико-термической обработке (цементация, азотирование).

Чугуны применяются для изготовления литых фасонных заготовок. Различают чугуны белые (до 4 % углерода),серые (до 3,6%), ковкие, высокопрочные, антифрикционные и легированные.

Ковкий чугун получается из белых чугунов путем длительной выдержки при высокой температуре — томлением, характеризуется высокой прочностью и пластичностью.

27.Какие лигирующие элементы добавляют в сталь и как расшифровать их марки. Например: Ст.45хзнча?

Например, марка 25ХЗН4А расшифровывается как — высококачественная хромоникелевая сталь, содержащая до 0,25 % углерода, хрома 3 % и никеля 4 %. Стальное литье маркируется так : Сталь 25Л, 35Л и т.п.

Влияние химических элементов на свойства стали и чугуна

Вопросы, рассмотренные в материале:

Полезные и специальные примеси в стали
Вредные примеси в стали, которые ухудшают ее свойства

Вредные примеси в стали не только ухудшают ее состав, но и могут привести к последующей деформации изготовленного из нее изделия. Однако нельзя все их рассматривать как нежелательные.

Некоторые из них относят к полезным, а от других вообще невозможно избавиться, так как они постоянные.

Да и нет необходимости их устранять, поскольку постоянные примеси могут влиять на качественные характеристики стали.

В этой статье мы поговорим о том, какими являются вредные примеси стали и как они влияют на ее состав и характеристики стальных изделий.

Полезные и специальные примеси в стали

Сортамент квадратных труб и область их применения

В стали встречаются вредные и полезные примеси. Сначала остановимся на полезных, к которым относят марганец и кремний:

Марганец – это химический элемент, благодаря которому возрастает прокаливаемость стали и снижается влияние серы, оказывающей вредное воздействие на металл.
Кремний – примесь данного элемента помогает раскислить сталь и, как следствие, повысить ее прочность. Его специально добавляют в металл в ходе его выплавки.

Углеродистая сталь содержит примесь кремния не более 0,35–0,4 % и марганец в количестве 0,5–0,8 %. Переход марганца и кремния в сталь происходит во время раскисления в ходе выплавки. Эти химические элементы соединяются с кислородом закиси железа FеO, а затем, превращаясь в окислы, переходят в шлак, то есть, иначе говоря, раскисляют сталь.

Данный процесс оказывает благоприятное воздействие на свойства стали. За счет дегазации металла кремнием увеличивается ее плотность. Часть химического элемента остается в феррите (твердом растворе) уже после раскисления, что приводит к значительному возрастанию предела текучести. При этом способность к холодной высадке и вытяжке у стали снижается.

По этой причине производители снижают количество кремния в сталях, изготавливаемых для холодной штамповки и высадки. Прочность металла значительно повышается благодаря примеси марганца.

Последний сильно уменьшает красноломкость стали, оставляя пластичность практически неизменной.

Таким образом, резко падает хрупкость стали при воздействии высокой температуры, которая возникала из-за присутствия серы.

Для получения сталей, имеющих определенные свойства, в металл добавляют специальные примеси. Они носят название легирующих элементов. Стали же именуют легированными.

Остановимся подробно на назначении некоторых элементов:

Алюминий – его примесь помогает повысить окалино- и жаростойкость стали.
Медь – увеличивает стойкость стали к коррозии.
Хром – повышает прочность, твердость сталей, увеличивает стойкость к коррозии, при этом пластичность падает незначительно. Нержавеющей сталь делает большое содержание хрома.
Никель – повышает пластичность, прочность, делает сталь стойкой к коррозии.
Вольфрам – при добавлении в сталь создает корбиды (химические соединения повышенной твердости). Они значительно повышают красностойкость и твердость. Под воздействием вольфрама сталь перестает расширяться в процессе нагревания, а хрупкость при отпуске уходит.
Ванадий – способствует возрастанию плотности, прочности и твердости стали. Он признается прекрасным раскислителем.
Кобальт – под его воздействием увеличивается жаропрочность, стойкость к ударным нагрузкам, возрастают магнитные свойства.
Молибден – улучшается сопротивляемость стали к окислению в ходе воздействия на нее высоких температур, возрастает упругость, красностойкость, увеличивается стойкость к коррозии, повышается предел прочности к растяжению.
Титан – являясь прекрасным раскислителем, он повышает стойкость к коррозии, увеличивает плотность и прочность металла, делает лучше его обрабатываемость.
Церий – способствует возрастанию пластичности и прочности стали.
Цирконий (Ц) – воздействует на зернистость стали, давая возможность изготовить металл с установленным размером зерна, делает его мельче.
Лантан, неодим и цезий – уменьшают пористость стали, сокращают количество серы, делают качество поверхности лучше, а зерно мельче.

Каталог

Главная
Техническая информация
Металлы и сплавы
Влияние химических элементов на свойства стали и чугуна

Стали. С увеличением содержания углерода (рис.1.

30) повышаются твердость и прочность, снижается пластичность, улучшается обработка резанием, повышается закаливаемость, но ухудшается свариваемость стали.

Твердость и прочность тем выше, чем выше дисперсность (более мелкие кристаллы) феррита и цементита.

Вредными примесями для стали являются S, P, O, H, N. Сера S ухудшает пластичность и вязкость; сталь становится хрупкой при высоких температурах (красноломкость), поэтому серы должно быть в сталях менее 0,03%. При наличии серы в сплаве по краям зерен создается эвтектика FeS, которая при температурах выше 985 °С плавится, поэтому по границам зерен образуются трещины и металл разрушается.

Наличие фосфора Р в стали приводит к хладноломкости (возникают трещины уже при комнатной температуре и, особенно, интенсивно при отрицательных температурах), ухудшается пластичность и вязкость сплава. В высококачественных сталях должно быть фосфора менее 0,03%.

Марганец Mn раскисляет сталь и нейтрализует вредное влияние серы S,. повышает прочность и износостойкость стали.

Кремний Si повышает упругость и прочность стали, увеличивает предел текучести, что снижает возможности холодной штамповки и высадки металла.

Чугуны

.Микроструктура чугунов (табл. 14) зависит от скорости охлаждения металла: при быстром охлаждении будет белый чугун (углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита и ледебурита) , а при медленном охлаждении будет серый чугун (углерод находится в виде графита).

Таблица 1.4 Марки и механические характеристики чугунов

Группы чугунов	Марки чугунов	sb, МПа	НВ	d , %
Серые	СЧ 10	100	120…150
СЧ 15	150	130…241
………	………	……..
СЧ 35	350	179…290
Высокопрочные	ВЧ 35	350	140…170	22
ВЧ 40	400	140…202	15
………	……….	……..	………
ВЧ 100	1000	270…360	2
Ковкие	КЧ 30-6	³ 300	£ 163	6
КЧ 33-8	³ 330	£ 163	8
КЧ 37-12	³ 370	£ 163	12
…….	…….	……
КЧ 63-2	³ 630	£ 269	2

Кремний Si способствует графитизации чугуна, и улучшает его литейные свойства. В серых чугунах содержится 0,8 …4,5% Si.

Что такое TC (термоконтроль)?

Марганец Mn способствует отбеливанию чугуна, но содержание Mn до 1,2% полезно, т.к. увеличиваются твердость и прочность чугуна.

Фосфор Р повышает жидкотекучесть чугуна, поэтому допустимо его содержание до 0,4%, но в ответственных чугунных отливках содержится фосфора менее 0,15%, т.к. с ростом содержания его увеличивается хрупкость чугуна.

Сера S затрудняет графитизацию, увеличивает хрупкость и ухудшает жидкотекучесть чугуна, поэтому серы в чугунах должно быть не более 0,1%.

Серые чугуны делятся на модифицированные, высокопрочные и ковкие (табл. 1.4.).

В серых чугунах графит имеет пластинчатую форму, в высокопрочных- шаровидную, а в ковких- хлопьевидную.
Примеры обозначения чугунов:
СЧ25 ГОСТ 1412-85, ВЧ 50 ГОСТ 7293-85.

Вредные примеси в стали, которые ухудшают ее свойства

Давайте разберемся, какие вредные примеси содержатся в стали. Основными являются фосфор и сера.

Сера (S) содержится в сталях высокого качества в количестве не более 0,02–0,03 %. Для металла общего назначения этот показатель повышается до 0,03–0,04 %. С помощью спецобработки количество серы уменьшается до 0,005 %.

Растворения серы в железе не происходит, а образуется FeS (сульфид железа). Он входит в эвтектику, образующуюся при температуре +988 °С.

При высоком содержании серы сталь становится красноломкой. Это происходит из-за появления на границах зерен сульфидных эвтектик, имеющих низкую способность к плавке. Красноломкость появляется при температуре красного каления стали – +800 °С.

Плохое влияние сера оказывает на свариваемость, пластичность, ударную вязкость, а также поверхность металла. Это особенно заметно, если марганец и углерод содержатся лишь в небольших количествах.

https://www.youtube.com/watch?v=hNGvva6-fj8\u0026t=10s

Склонность к сегрегации на границах зерен у серы значительна. По этой причине в ходе нагрева пластичность стали падает. Если металл предназначен для дальнейшей обработки автоматическим механическим способом, то в состав обязательно добавляют серу в количестве от 0,08 % до 0,33 %, так как она способствует возрастанию у подшипниковых сталей усталостной прочности.

Как выбрать швеллер – какие бывают размеры изделий

Марганец же снижает вредное воздействие серы на сталь.

При жидком состоянии сплава он вступает в реакцию с образованием сульфида марганца, температура плавления которого составляет +1620 °С.

Она значительно превышает температуру горячей обработки металла (от +800 °С до +1200 °С). При таком нагреве сульфиды марганца достаточно пластичны и просто деформируются.

Сегрегация фосфора (Р) в значительно меньшей, чем серы и углерода, степени происходит в ходе затвердевания сталей. Идет его растворение в феррите, из-за чего прочность металла увеличивается. Чем больший процент фосфора содержит сталь, тем выше ее хладноломкость и ниже ударная вязкость, пластичность.

Высокая температура среды позволяет достичь растворимости фосфора в пределах 1,2 %. Чем ниже становится температура, тем меньше растворимость фосфора. Она постепенно опускается до 0,02–0,03 %. Именно такое содержание данного химического элемента наблюдается в сталях. Это может говорить о том, что он, как правило, полностью растворяется в альфа-железе.

Сталь и всё о стали

Выше было отмечено, что в технических, сталях неизбежно присутствуют примеси, которые рассматриваются как нормальные, если количество их не превосходит отмеченных выше пределов.
Свыше указанных пределов влияние этих примесей на качество сталей становится все более ощутимым и допускается в самых низких (неответственных) сортах стали или в особых случаях, когда стали нужно придать специальные свойства путем повышения содержания какого-либо элемента (эти случаи образования легированных или специальных сталей).
В каком бы количестве примеси ни содержались в сталях, всегда нужно помнить об их присутствии наряду с железом и углеродом и знать об их влиянии, так как оно иногда отражается на структуре и свойствах стали.
По влиянию на структуру сталей указанные примеси могут быть подразделены на два класса:
1) примеси, различимые в микроструктуре (видимые под микроскопом), — S и О.

2) примеси, не различимые под микроскопом, -Р, S, Мп. Это разделение основывается на том, что сера и кислород почти совершенно нерастворимы в твердом железе и, образуя химические соединения с металлами, выделяются в нем в виде включений, различимых под микроскопом.

Фосфор, кремний и марганец, наоборот, могут растворяться и в твердом железе в количестве гораздо большем, чем их содержится обычно в стали: поэтому, присутствуя в качестве примеси в незначительном количестве, они находятся в твердом растворе с железом и под микроскопом не могут быть различимы, если только они не соединены с S и О в виде неметаллических включений.

Чтобы убедиться в том, насколько указанные элементы-примеси- растворимы в твердом железе и как они относятся к железу, нужно рассмотреть диаграммы состояний, образуемые каждым из этих элементов с железом.

Эти диаграммы даны в приложении II (диаграммы 1-5).

Мы видим, что в диаграмме 1 почти совсем нет области существования твердого раствора Fe — S, а в диаграмме 2 (Fe — О) область твердого раствора ничтожна (до 0,05%).

В остальных трех диаграммах эти области значительны. В системе Fe — Р твердый раствор распространяется до 1,2% Р » » Fe- Si» » » » 14% Si

» » Fe- Мп» » » » 47% Mn

Таким образом, в последних трех случаях примеси Р, Si и Мп, содержащиеся обычно в долях процента в сталях, далеко не доходят до указанных пределов насыщения твердых растворов и, очевидно, будут находиться в растворенном виде в железе, т. е. атомы их будут распределены в решетке железа между атомами последнего. В таком случае под микроскопом присутствия этих примесей заметить нельзя.

https://www.youtube.com/watch?v=hNGvva6-fj8\u0026t=73s

Единственно в чем может сказываться их присутствие в структуре зерен железа — это в большей или меньшей внутрикристаллической ликвации. Эта ликвация, как было сказано, проявляется в разной концентрации твердого раствора во внутренних и наружных участках зерна и при травлении дает характерную дендритную структуру.

Ликвация проявляется тем сильнее, чем больше промежуток температур от начала до конца затвердевания сплава, и, следовательно, дендритная структура данного твердого раствора будет тем явственнее, чем больше указанный промежуток температур от начала до конца затвердевания.

В сплавах фосфора с железом при образовании их твердого раствора интервал затвердевания очень велик. В этом можно легко убедиться, глядя на диаграмму 3 (приложение II) и особенно сопоставляя ее с диаграммами 4 и 5, где промежутки температур затвердевания невелики.

Следовательно, фосфор в железе (и стали) должен вызывать сильную ликвацию и способствовать образованию резко выраженной дендритной структуры, a Si и Мп не должны проявлять этого в значительной мере.

Действительно, установлено, что Р является сильно ликвирующей примесью, a Si и Мп почти совсем не ликвируют. В присутствии фосфора путем специального травления 1 очень резко выявляется типичная дендритная структура железофосфори-стого твердого раствора.

Появление такой структуры после указанного травления служит показателем присутствия фосфора, но фосфористых включений здесь не видно. Неметаллические включения.

Не то получается для серы и кислорода: оба эти элемента видны под микроскопом, но не в чистом виде (как элементы S и О), а в виде их химических соединений с железом — сернистого железа (FeS) и закиси железа (FeO),a а также отчасти в соединении с другими примесями, особенно с Мп в виде сернистого марганца (MnS) и закиси марганца (МпО).

Эти химические соединения как сернистые (FeS и MnS), называемые сульфидами, так и кислородные (FeO, МпО), называемые окислами, или оксидами, почти совсем не растворимы в твердом железе и выделяются в нем или в виде эвтектики, или, чаще, в виде отдельных включений разного вида и формы.

Для них характерно прежде всего то, что в отличие от перлита они могут быть видимы на полированном шлифе без всякого травления, потому что все они представляют неметаллические тела, подобные шлаку, почему их и называют неметаллическими или шлаковыми включениями.

Пример неметаллических включений на нетравленом шлифе показан на фиг. 99. Здесь они имеют вид пятнышек сероватого или зеленоватого цвета на светлом (блестящем) поле полированной поверхности шлифа.

Однако форма неметаллических включений может быть разнообразной. Иногда они располагаются в виде удлиненных пластинок или оболочек вокруг зерен металла, как показано
После нормального травления (слабой азотной кислотой) они остаются без изменения, но будут уже не так ясно различимы, так как наряду с ними будут присутствовать и перлитные участки.
Но даже и на протравленном шлифе неметаллические включения легко отличить от перлита по их характерному неметаллическому оттенку (серовато-зеленому), а отчасти по форме, если эти включения имеют округленные очертания, что большей частью и наблюдается.

Цвет их может иметь самые различные оттенки, вплоть до.совершенно черного. По этим оттенкам часто определяют, какого рода включение имеется. Однако это суждение не вполне надежно и определить состав включения по его виду под микроскопом довольно трудно. О методах определения природы включеяий под микроскопом см. практические руководства по металлографии.

К неметаллическим же включениям, кроме сульфидов и окислов, нужно отнести шлаки; они часто запутываются в металле при плавке и отливке. Шлаки по своей природе представляют сложные соединения (кремнекислые, фосфорнокислые и пр.), заключающие в себе сочетания окислов металлов (Fe, Mn, А1 и др.) и неметаллических элементов (Si, Р и др.).

Они иногда имеют собственную структуру, но часто бывают совершенно одноцветны и ничем не отличаются от указанных сульфидов и окислов, и в отношении их структуры можно сказать то же, что относилось к сульфидам и окислам.

Итак, влияние примесей на структуру сталей сказывается главным образом в том, что под микроскопом наряду с перлитом и ферритом (или цементитом) обнаруживаются включения или пленки, которые представляют преимущественно сернистые и кислородные соединения, а иногда шлаки сложного состава.

О коррозионной стойкости инструментальной стали

Понятие «коррозионная стойкость стали» означает способность металла противостоять появлению ржавчины.

https://www.youtube.com/watch?v=hNGvva6-fj8\u0026t=99s

Скорость распространения коррозии зависит от многих факторов, в том числе от состава и технических характеристик стального сплава, а также качества окружающей среды.

Обычная сталь разрушается от коррозии за достаточно короткое время.

Одни из существующих методов применяют в процессе плавки. Другие используют в сборочных цехах, на конечной стадии изготовления металлоконструкций или их монтажа на строительной площадке.

Однако существуют различные способы, не только существенно повышающие коррозионную стойкость металла, но и придающие стальным конструкциям безусловную невосприимчивость к влажным и агрессивным воздействиям. Их можно разделить на две группы:

Изменение химического состава стального сплава с введением легирующих добавок. В качестве таковых выступают элементы с положительным электрохимическим потенциалом или обладающие способностью к пассивации.
Нанесение надежных защитных покрытий на готовые металлические изделия, конструкции, детали. Для этого используются различные способы и материалы: анодирование, пассивирование, окрашивание, эмалирование.

Легирование стали для повышения коррозионной стойкости

Металлургическая промышленность использует различные легирующие элементы, сообщающие стали коррозионную стойкость. При подборе состава особое внимание уделяется количеству углерода.

Если этот показатель превышает 1,2 %, то металл существенно теряет прочностные показатели, становится менее пластичным.

Сплавы с низким содержанием углерода, в химическом составе которых присутствуют хром, никель, молибден называются нержавеющими.

Электрогенератор, сделанный своими руками: порядок сборки

По требованиям ГОСТ 4553-71 в маркировке каждого типа стали четко обозначено, какие легирующие компоненты в ней присутствуют, а также их количественный показатель. Например, так:

Каждый легирующий элемент оказывает строго определенное влияние на технические характеристики стали:

хром (Сг) повышает коррозионную стойкость, увеличивает прочностные качества, твердость;
никель (Ni) повышает устойчивость к коррозии, улучшает пластические свойства металла;
титан (Ti) положительно влияет на коррозионную стойкость стали, одновременно улучшая прочность, плотность и обрабатываемость металла;
молибден (Mo) делает сталь особенно устойчивой не только к воздействию воды, но также кислот, щелочей, солевых растворов;
вольфрам (W) делает металл более твердым и менее хрупким;
кремний (Si) повышает коррозионную стойкость стали, делает ее магнитонепроницаемой, мало подверженной процессам окисления.

Стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью, носят название нержавеющих. Зависимо от процентного содержания и сочетания легирующих компонентов изменяется структура металла. В связи с этим стальной сплав может быть ферритным, мартенситным, аустенитным, ферритно-мартенситным, ферритно-аустенитным, аустенитно-мартенситным.

Влияние легирующих элементов на свойства сталей

Легированными (или низколегированными) называют стали, содержащие одновременно с углеродом также до 5 % легирующих элементов. Обозначения элементов, применяемых для легирования сталей, приведены в табл. 14.2.

В маркировке легированных сталей первая цифра указывает процентное содержание углерода, увеличенное в 100 раз; далее чередуются буквы и цифры: буква обозначает легирующий элемент, следующая за ней цифра — среднее содержание элемента в процентах. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная, буква III — данная сталь особовысококачественная, выплавляемая с применением электрошлакового переплава.

Легирующие элементы в сталях подразделяют на карбидообразующие (титан, ванадий, хром, молибден, вольфрам) и некарбидообразующие (кремний, никель, марганец, медь).

Основная задача легирования низко- и среднеуглеродистых сталей — увеличение прокаливаемости. Кроме того, легирующие элементы-металлы оказывают влияние на механические свойства матричных составляющих сталей — феррита, аустенита и мартенсита.

Влияние легирующих элементов на феррит.

В сталях феррит присутствует как в виде отдельной фазы, так и в составе перлита.

Легированность феррита металлами оказывает влияние на свойства сталей в состояниях после отжига (феррит + перлит), нормализации (феррит + сорбит с пластинчатым цементитом), высокого отпуска (сорбит отпуска со сферическим зернистым цементитом). Общее содержание феррита (как отдельной фазы, так и в составе перлита) после отжига может составлять до 88 %.

Некарбидообразующие элементы.

Кремний и марганец упрочняют феррит, однако их содержание не должно превышать 2 % (Si) и 1,5 % (Mn) во избежание снижения ударной вязкости и повышения критической температуры хрупкости. Данные элементы не являются дефицитными.

Особо благоприятное влияние на свойства феррита оказывает никель: его атомы, находясь в твердом растворе, уменьшают энергию связи углерода с дислокациями, повышают их подвижность в сплаве, обеспечивая тем самым повышенную пластичность и ударную вязкость сталей. Содержание никеля в легированных сталях может достигать 4 %. Никель является дефицитным элементом.

Карбидообразующие элементы.

На свойства феррита эти элементы влияют в соответствии с растворимостью и карбидообразующей способностью.

Как выбрать пневматический краскопульт

Титан и ванадий — сильные карбидообразующие элементы, которые практически не растворимы в феррите.

При выплавке данные элементы с углеродом образуют карбиды и карбонитриды: TiC, Ti (С, N), VC, V(C, N) (в соединениях используется атмосферный азот). Частицы этих фаз в расплаве играют роль нерастворимых модификаторов, т. е.

способствуют образованию мелкого зерна. Содержание ванадия и титана не превышает 0,3 и 0,1 % соответственно.

Менее сильные карбидообразующие элементы — хром, молибден, вольфрам имеют ограниченную растворимость в феррите.

Предельное содержание легирующих элементов в сталях ограничено их влиянием на пластичность, ударную вязкость и критическую температуру хрупкости сплавов. Эти свойства ухудшаются при повышении в сталях хрома более 2 % и молибдена — свыше 0,5 % (рис. 14.1). Содержание вольфрама также не превышает 0,5 %, однако в некоторых сталях, легированных никелем, может достигать 1,2 %.

Главное влияние молибдена и вольфрама на свойства низко- и среднелегированных сталей заключается в устранении склонности сплава к отпускной хрупкости.
Стали могут также содержать ванадий (до 0,3 %) и бор (до 0,005 %).
Хром — самый распространенный легирующий элемент низко-и среднелегированных сталей.
Предельное содержание легирующих элементов в низко- и среднеуглеродистых сталях приведено ниже:Влияние карбидообразующих легирующих элементов на аустенит и мартенсит. Свойства этих фаз зависят от карбидообразующих элементов следующим образом:
• в аустените

карбидообразующие элементы замедляют фазовые превращения по температуре и по времени, т. е. сдвигают начало диффузионного распада с образованием феррито-цементитной смеси к большим выдержкам, вследствие чего уменьшается критическая скорость закалки;

• в мартенсите

при отпуске тугоплавкие элементы (Cr, Mo, V, W) повышают начало интенсивного разупрочнения от 200…300 °C до 450…550 °С, что обеспечивает такое свойство, как теплостойкость.

Химический состав сталей

Сегодня хочу осветить химические элементы, входящие в состав стали и придающие ей какие-либо полезные качества.

ОБНОВЛЕНО! Внизу статьи представлены пробные варианты таблицы по составу и маркам стали. Остальные в процессе сборки и будут добавлены позже.

Итак, вот перечень часто используемых химических элементов (после скобок указано обозначение элемента в маркировке стали):

азот

( N ) — Аалюминий ( Аl ) — Ю
бериллий
бор
ванадий
висмут
вольфрам
галлий
иридий
кадмий
кобальт
кремний
магний

( Be ) — Л ( B ) — Р ( V ) — Ф ( Вi ) — Ви ( W ) — В ( Ga ) — Гл ( Ir ) — И ( Cd ) — Кд ( Co ) — К ( Si ) — C ( Mg ) — Ш Как выбрать сварочные клещи для контактной точечной сварки

марганец

( Mn ) — Гсвинец ( Pb ) — АС
медь
молибден
никель
ниобий
селен
титан
углерод
фосфор
хром
цирконий

( Cu ) — Д ( Mo ) — М ( Ni ) — Н ( Nb) — Б ( Se ) — Е ( Ti ) — Т ( C ) — У ( P ) — П ( Cr ) — Х ( Zr ) – Ц

Теперь разберем подробнее влияние тех или иных элементов на вещество, в нашем случае сталь. Химический состав сталей (таблица).

Углерод

— главный элемент, определяющий свойства стали. Именно благодаря углероду сталь способна принимать закалку. От количества углерода зависит твёрдость и прочность стали для ножей, хотя он же повышает склонность стали к коррозии.

Относительно стали для ножей, нас интересуют стали с количеством углерода не меньше 0.6%. Именно с этой отметки сталь может принимать закалку на нормальную твёрдость. Правда производители часто используют стали и с количеством углерода 0.4%-0.

6%, как правило, на недорогих простеньких ножах, на кухонных ножах.

Хром

— следующий по распространённости в сталях элемент. Хром помогает сплаву сопротивляться коррозии и делает её нержавеющей. Официально сталь считается «нержавеющей» если хрома в ней не меньше 14%. Помимо своего главного свойства Хром негативно влияет на прочность стали.

Молибден

— используется как легирующая добавка, повышающая жаропрочность и коррозионную стойкость стали. Молибден усиливает действие хрома в сплаве, улучшает прокаливаемость, делает состав более равномерным. По сути, улучшает почти все свойства сплава. Молибден обязательный элемент в быстрорежущих сталях.

Стали с добавкой молибдена используются для изготовления деталей работающих в агрессивных средах и при высокой температуре. То есть в химической промышленности, в деталях реактивных двигателей. Нож из лопатки самолётной турбины уже стал притчей. Те стали, из применяемых в производстве ножей, в составе которых имеется этот элемент, зарекомендовали себя с наилучшей стороны.

Пример-сталь 154CM она же ATS-34 с содержанием молибдена 4% по идее она и предназначалась для тех самых лопаток турбин.

Ванадий

— замечательный элемент, способный улучшать свойства многих сплавов. Улучшает прочность и значительно повышает износостойкость стали. Его добавляют во всё те же быстрорежущие и инструментальные стали.

Для нас это означает, что сталь для ножа будет дольше держать заточку при резе картона, войлока, канатов и других подобных материалов. Но нож будет тяжелее точиться.

Пример-стали CPM S30V, CPM S90V и подобные им.

Вольфрам

— металл с самой высокой температурой плавления из всех металлов. Используется во множестве всевозможных приборов и отраслей, от лампочек до ядерных реакторов. Вольфрам, неотъемлемый элемент в составе быстрорежущих сталей. Помимо устойчивости к температурам, сталь для ножа получает свойства, положительно влияющие на твёрдость и износостойкость.

Кобальт

— ещё один металл с множеством применений, от корма для коров до космических кораблей. В некоторых количествах кобальт добавляется в быстрорежущие стали и твёрдые сплавы. Из сталей, применяемых в ножах, кобальт содержат стали VG-10 и N690 в количестве около 1.5%.

Азот

— применяют в сталях как заменитель углерода и никеля. Азот повышает стойкость к коррозии и износостойкость стали для ножа. И позволяет стали с очень низким содержанием углерода принимать закалку. Например японская сталь Н1 в которой всего лишь 0.15% углерода, но 0.1% Азота позволяют закалять её на 58HRC и делают её практически абсолютно нержавеющей.

Никель

— так же повышает коррозионную стойкость стали и способен несколько повысить прочность. Много никеля присутствует во всё той же стали Н1.

Кремний

— необходимый в производстве сталей элемент. Он удаляет из металла кислород. Ну и заодно несколько повышает прочность и коррозионную стойкость.

Сера

– это совсем не полезный элемент, она снижает механические свойства стали и уменьшает стойкость стали к коррозии. Поэтому серы в сталях обычно очень мало, лишь то, что не удалось удалить из стали в процессе её производства. Однако сера может быть добавлена, чтобы повысить обрабатываемость каких-нибудь жутко износостойких сталей.

Фосфор

— вредная примесь, в стали ему не место, а особенно в стали для ножа, ибо он повышает хрупкость и снижает механические свойства стали. Фосфор стараются удалить из стали.

Марганец

Как заварить чугун электродом в домашних условиях

— как полезный и нужный элемент применяется на стадии выплавки стали, способен повышать твёрдость стали. Из сталей со значительным содержанием марганца делают всякие брутальные и монстрообразные вещи — рельсы, танки, сейфы.

Титан

— может добавляться в сплавы для повышения прочности, стойкости к коррозии и температурам. В ножевых сталях титан, как добавка в принципе не актуален, так как количества его там ничтожные.

Ниобий

— повышает коррозионную стойкость и износостойкость стали. Ниобий в сталях (или стали с ниобием) жуткая экзотика, но его можно найти в сплаве CPM S110V.

Алюминий
— повышает жаростойкость и стойкость к окалине.
Медь
— увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.
Церий
— повышает прочность и особенно пластичность.
Цирконий
— оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали , измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
Лантан
— уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.
Цезий
— способствуют уменьшению содержания серы в стали , улучшают качество поверхности, измельчают зерно.
Неодим
— уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали.
Кстати, вот интересная информация по применению никелевых катодов и анодов при никелировании никелевые аноды

Далее приведу наиболее удобную форму представления подробного химического состава основных марок отечественной и зарубежной стали. Нажимаем на картинку и получаем увеличенное изображение. Картинки пронумерованы в соответствии с очередностью представления в общей таблице.

Таблица 1
Таблица 2
Таблица 3
Таблица 4

Обновлено! По Вашим просьбам я начал формирование сводной таблицы по маркам стали. На данный момент представляю Вам несколько образцов штамповой инструментальной стали. Для удобного использования данных таблиц — скачиваем их. В последствии обязательно сделаю один общий архив.

Х12МФ
Х6ВФ
6ХВГ
5ХНМ

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

2.3. Черные металлы. Чугуны и стали

Раздел: БИБЛИОТЕКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Короткий путь http://bibt.ru

Адрес этой страницы' ?>
Оглавление книги Предыдущая Следующая
К черным металлам относятся чугуны и стали, представляющие собой сплавы железа с углеродом, в состав которых входят еще и кремний, марганец, сера и другие элементы.

Чугун — железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода превышает 2%. В состав его также входят кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун выплавляется в доменных печах из железных руд. Исходными материалами для его получения кроме руды служат топливо и флюсы.

Железная руда представляет собой горную породу, в которой содержатся соединения железа и примеси других элементов. Чугун получают из красного, бурого и магнитного железняков.

В качестве топлива используют главным образом каменно-угольный кокс. Флюсы применяют для отделения от железной руды пустой породы (оксиды кремнезема, кальция, марганца), которая, способствуя образованию шлаков, оказывает вредное влияние на процесс выплавки чугуна.

В чугуне углерод содержится в свободном состоянии в виде графита или в связанном состоянии в виде карбида железа или цементита.

Чугуны, в которых углерод находится в виде графита, имеют в изломе серый цвет и крупнозернистое строение. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, имеют высокие литейные качества, относительно невысокую температуру плавления (1100—1200°С), небольшую усадку (1%) и применяются для изготовления многих деталей машин и механизмов. Эти чугуны называются серыми или литейными.

Чугуны, в которых углерод содержится только в виде химического соединения с железом, имеют в изломе белый цвет. Они плохо обрабатываются режущим инструментом и обычно используются для получения стали. Эти чугуны называются белыми или передельными.

Кроме белого и серого чугунов для отливки деталей в тракторной, автомобильной и других отраслях промышленности употребляется еще и так называемый ковкий чугун, который получается из белого чугуна специальным отжигом (томлением) его в особых нагревательных печах при температуре 950—1000°С. При этом чрезмерная хрупкость в твердость, характерные для белого чугуна, намного снижаются. Ковкий чугун, как и серый, не куется, а название «ковкий» указывает лишь на значительную его пластичность.

Для повышения прочности чугуны легируют, т. е. вводят в их состав никель, хром, молибден, медь и другие элементы (легированный чугун), а также модифицируют, т.е. добавляют магний, алюминий, кальций, кремний (модифицированный чугун).

Наибольшее применение получили чугуны следующих марок: отливки из серого чугуна: СЧ-10, СЧ-15, СЧ-18, СЧ-20 и др. (ГОСТ 1412—79); отливки из ковкого чугуна: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12 и др. (ГОСТ 1215—79).

Буквы и цифры марок чугуна обозначают: СЧ — серый чугун, КЧ — ковкий чугун. Цифры после букв у серого чугуна указывают на предел прочности при растяжении.

Сталь — сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2%. По сравнению с чугуном сталь обладает значительно более высокими физико-механическими свойствами.

Она отличается высокой прочностью, хорошо обрабатывается резанием, ее можно ковать, прокатывать, закаливать. Кроме того, сталь в расплавленном состоянии жидкотекуча, из нее изготовляют различные отливки.

Поэтому она широко применяется во всех областях народного хозяйства, особенно в машиностроении.

Сталь получают из передельного чугуна его переплавкой и удалением избытка углерода, кремния, марганца и других примесей и выплавляют в мартенах, электропечах и конверторах.
Наиболее распространенным способом получения обычных сортов стали является мартеновский, а для выплавки высококачественных сталей применяют электроплавку.
Сталь, выплавленная из чугуна на металлургических заводах, в виде слитков поступает в прокатные, кузнечные или прессовые цехи, где перерабатывается на фасонный и листовой прокат, а также в поковки различной формы и размеров.
Все применяемые в настоящее время стали классифицируются по следующим признакам:
по химическому составу — углеродистая, легированная;
по качеству — сталь обыкновенного качества, качественная, высококачественная;
по назначению — конструкционная, инструментальная.

Углеродистая сталь широко используется в промышленности. Основной составляющей частью, определяющей ее механические и другие свойства, является углерод. Увеличение содержания углерода в стали повышает прочность и твердость, но уменьшает вязкость и делает ее более хрупкой.

В зависимости от назначения углеродистая сталь делится на конструкционную и инструментальную.

Углеродистые конструкционные стали делятся на стали обыкновенного качества (ГОСТ 380—78) и качественные (ГОСТ 1050—74). В зависимости от условий и степени раскисления различают спокойные стали (сп), полуспокойные(пс) и кипящие (кп).

Стали обыкновенного качества маркируют буквами Ст (сталь) и цифрами 1, 2, 3…..6 (Ст0, Ст1, Ст2 и т.д.). Чем больше это число, тем больше в ней содержится углерода.

В зависимости от назначения эти стали делятся на три группы:
группа А — стали, поставляемые по механическим свойствам без уточнения их химического состава (Ст0, Ст1кп, Ст2пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2сп, Ст3кп и др.);
группа Б — стали с гарантийным химическим составом (БСт0, БСт1кп, БСт1сп, БСт2кп и др.);
группа В — стали повышенного качества с гарантированным химическим составом и механическими свойствами (ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5).
Цифры, обозначающие марку стали, показывают среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента (например, сталь марки 45 содержит в среднем 0,45% углерода).
Низкоуглеродистые стали марок 05, 08, 10, 20, 25 применяются для малонагруженных деталей, изготовление которых связано со сваркой и штамповкой.
Из среднеуглеродистых сталей марок 40, 45, 50, 55 изготовляют оси, валы, зубчатые колеса и другие детали.
Высокоуглеродистые стали идут на изготовление спиральных пружин, тросов и других ответственных деталей.

Инструментальная качественная сталь обозначается буквой У, после которой ставится цифра, указывающая содержание углерода в десятых долях процента, например У7, У8, У10 и т. д.

Инструментальная высококачественная сталь содержит меньше, чем качественная, вредных примесей (серы, фосфора). Маркируют ее так же, как и качественную, но с добавлением буквы А, например У7А, У8А и т. д.

Применяется инструментальная углеродистая сталь для изготовления различных инструментов (ударных, режущих, измерительных и др.).

В состав легированной стали кроме углерода вводят элементы, улучшающие ее свойства. К таким элементам относятся: хром, никель, кремний, вольфрам, марганец, ванадий, кобальт и др.

В зависимости от вводимых лигирующих элементов стали делятся на хромистые, никелевые, кремнистые, хромоникелевые, хромованадиевые и др.

Легирующие элементы придают стали в зависимости от ее назначения необходимые свойства. Рассмотрим, какое влияние оказывают они на свойства стали.

Хром способствует увеличению прочности стали, ее твердости и сопротивляемости износу. Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость стали, повышает ее коррозионную стойкость и прокаливаемость.

Кремний при содержании его более 0,8% увеличивает прочность, твердость и упругость стали, снижая при этом ее вязкость.

Марганец повышает твердость и прочность стали, улучшает ее свариваемость и прокаливаемость.

Легированная сталь по количеству введенных в нее легирующих элементов классифицируется на низколегированную (до 5% легирующих элементов), среднелегированную (от 5 до 10%) и высоколегированную (свыше 10%).
По назначению легированная сталь, как и углеродистая, подразделяется на конструкционную и инструментальную.
Легирующие элементы, введенные в состав стали согласно стандарту имеют следующие обозначения:

X — хром,
В — вольфрам,
М — молибден,
Ф — ванадий,
К — кобальт,
Г — марганец,
Т — титан,
С — кремний,
Н — никель,
Д — медь,
Ю — алюминий,
Р — бор,
А — азот.

Высококачественную сталь обозначают с добавлением в конце маркировки буквы А.
Легированная сталь маркируется сочетанием цифр и букв.
Первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы — легирующие элементы, последующие за буквами цифры — содержание в процентах этих элементов в стали.
Так, марка 40Х обозначает хромистую сталь с содержанием 0,4% углерода и 1% хрома;

12ХНЗА — хромо-никелевую сталь, содержащую около 0,12%-углерода, 1% хрома и 3% никеля и т. д.

Из конструкционной легированной стали изготовляют ответственные детали машин и различные металлические конструкции. Для улучшения механических свойств детали из этой стали подвергаются термической обработке.

К конструкционным легированным сталям относятся:

хромистая (15Х, 20Х, 30Х и др.),
хромованадиевая (15ХФ, 20ХФ, 40ХФ),
хромокремнистая (33ХС, 38ХС, 40ХС),
хромоникелевая (12ХН2, 12ХНЗА и др.).

Инструментальная легированная сталь по сравнению с углеродистой обладает износоустойчивостью, она глубже прокаливается, обеспечивает повышенную вязкость в закаленном состоянии и менее склонна к деформациям и трещинам при закалке.
Режущие свойства легированных сталей примерно такие же, как и углеродистых, потому что у них низкая теплостойкость, равная 200—250°С.
Назначение некоторых марок легированных инструментальных сталей следующее:
сталь 9ХС применяется для изготовления плашек, сверл, разверток, фрез, гребенок и метчиков;
стали 11Х и 13Х —для напильников, бритвенных ножей, хирургического и гравировального инструмента;
сталь ХВГ—для длинных метчиков, разверток и других инструментов.
Для изготовления режущего инструмента применяется быстрорежущая сталь, которую так назвали за высокие режущие свойства.

Благодаря наличию в ее составе вольфрама и ванадия эта сталь обладает высокой теплостойкостью, красностойкостью, т. е. способностью сохранять высокие твердость и износостойкость при повышенных температурах.

Инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали, нагреваясь в процессе резания до 550—600°С, не теряет своих режущих свойств.

Перейти вверх к навигации