Какие свойства никель придает стали
Условные обозначения химических элементов:
| хром ( Cr ) — Х никель ( Ni ) — Н молибден ( Mo ) — М титан ( Ti ) — Т медь ( Cu ) — Д ванадий ( V ) — Ф вольфрам ( W ) — В | азот ( N ) — А алюминий ( Аl ) — Ю бериллий ( Be ) — Л бор ( B ) — Р висмут ( Вi ) — Ви галлий ( Ga ) — Гл | иридий ( Ir ) — И кадмий ( Cd ) — Кд кобальт ( Co ) — К кремний ( Si ) — C магний ( Mg ) — Ш марганец ( Mn ) — Г | свинец ( Pb ) — АС ниобий ( Nb) — Б селен ( Se ) — Е углерод ( C ) — У фосфор ( P ) — П цирконий ( Zr ) — Ц |
ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА
Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.
Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)
Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.
Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).
Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.
ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ
Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.
Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.
Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.
Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.
Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.
Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.
Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.
Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.
Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.
Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.
Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.
Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.
Церий — повышает прочность и особенно пластичность.
Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.
равной прочности стали с 2,5% Сг обнаруживают минимальную вязкость. Ударная вязкость образцов стали с 0,24—0,28% С, имеющих твердость в пределах 228—217 Нв при различных температурах испытания, в зависимости от содержания хрома в сопоставлении со свойствами углеродистой стали показана (по на
шим наблюдениям) на рис. 195. Данные рисунка не подтверждают снижения ударной вязкости в случае испытания стали, содержащей 2,66% Сг при комнатной температуре.
Можно лишь отметить, что указанная сталь проявляет несколько большую тенденцию к хладноломкости, чем стали с более низким содержанием хрома. Однако и при высоком содержании хрома склонность хромистой стали к хладноломкости ниже, чем нелегированной.
В. Д. Садовский и Н. П. Чупракова, исследовавшие влияние хрома на ударную вязкость стали с 0,37—0,40% С в улучшенном состоянии, также не обнаружили ухудшения вязкости при комнатных температурах испытаний в связи с изменением концентрации хрома от 1,35 до 4,35%. Между тем одна из плавок изученных сталей имела 2,28% Сг, т. е. количество, близкое к тому, которое, по указанию И. Е. Конторовича, должно давать ухудшение вязкости.
Интересно отметить, что, по данным В. Д. Садовского и Н. П. Чупраковой, «испытания при низких температурах не обнаружили заметного влияния изменений в содержании хрома на температурный запас вязкости после высокого отпуска, хотя следует отметить, что сопоставление ударной вязкости при температурах жидкого азота указывает на увеличение склонности к хрупкому излому при повышении хрома».
«При определении температурного запаса вязкости по точке падения величины ударной вязкости до 40% от ее максимального значения тенденция к возрастанию склонности к хрупкому излому при увеличении содержания хрома становится более ясной». Таким образом, влияние хрома на механические свойства термически улучшенной стали в основных чертах сводится к следующему. В случае высокого отпуска стали при одинаковой температуре хром повышает прочность, одновременно понижается вязкость, причем чем ниже температура высокого отпуска, тем сильнее обнаруживается указанное влияние хрома.
При одинаковой прочности (твердости) ударная вязкость хромистых сталей практически не зависит от содержания в стали хрома (в пределах 1,0—4,0%) и определяется в основном количеством присутствующего в. стали углерода.
Температурный запас вязкости с увеличением содержания хрома от 1,5 до 4% несколько снижается, однако влияние хрома в этом направлении столь слабо выражено, что во многих случаях в практике может не учитываться.
При любом содержании хрома в пределах от 1,0 до 4,0% хромистые стали, обработанные на одинаковую прочность с нелегированными, при равном содержании углерода превосходят нелегированные в отношении вязкости и температурного запаса вязкости.
Никель. Влияние никеля на механические свойства термически улучшенной стали иллюстрируется данными табл. 70. Из таблицы видно, что никель незначительно повышает прочность, сохраняя ударную вязкость примерно на одном уровне.
В табл. 71 показано влияние никеля на ударную вязкость, после закалки и отпуска при 550, 625 и 650°.
Данные табл. 71 также не свидетельствуют о существенном повышении ударной вязкости при легировании никелем, несмотря на то, что содержание этого элемента изменялось в широких пределах. Благоприятное действие никеля на свойства термически
улучшенной стали заключается не в увеличении абсолютных значений вязкости при комнатной температуре испытания, а в резком повышении температурного запаса вязкости. На рис. 196 показано по данным автора влияние никеля на ударную вязкость стали с 0,23—0,28% С после закалки и высокого отпуска при 560° (твердость образцов 228—217 Нв) в зависимости от температуры испытания. С увеличением содержания в стали никеля хладноломкость стали заметно уменьшается. Сталь с 2,81% Ni даже при —175° не переходит полностью в хрупкое состояние.
В. Д. Садовский и Н. П. Чупракова, исследовавшие влияние никеля в интервале его концентрации от 1,57 до 4,50% на хладноломкость стали с 0,39—0,40% С, указывают, что «ни одна из испытанных никелевых сталей не дала полностью хрупкого
излома даже при температуре жидкого азота». Таким образом, влияние никеля на свойства улучшенной стали в основном сводится к сохранению ударной вязкости при отрицательных температурах испытаний. Другими словами, никелевые стали, особенно
при содержании в их составе 2,5% Ni и более, характеризуются малой склонностью к хрупкому разрушению.
Медь. Стали, содержащие более 0,35% Си, подвержены при отпуске в районе температур 400—600° дисперсионному твердению, в результате чего наблюдается повышение твердости и прочности при одновременном снижении пластичности и резком падении ударной вязкости (рис. 197). Чем ниже температура отпуска, тем продолжительнее должна быть выдержка для достижения максимального эффекта.
Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.02.24 Обновлено: 2020.03.04
Процесс легирования – это технология введения в расплавленный металл частиц других металлов, для образования однородной фактуры сплава и улучшения его качеств.
Впервые до целенаправленного легирования додумались во второй половине 19-го века: в 1858 году француз Мюшетт придумал сталь для станочных резцов, в которую был добавлен марганец, углерод и вольфрам. А в массовое производство пошла сталь включениями углерода и марганца, придуманная в 1882 году англичанином Робертом Эбботом Гадфильдом.
Какие свойства приобретает сталь в результате легирования?
Каждый химический элемент, вводимый в сплав, меняет его. Имеют значение пропорции примесей. К тому же, один сплав обычно легируют не одним металлом-добавкой, а несколькими.
Легирование никелем
В стальных сплавах металл никель в качестве примеси способствует тому, чтобы в сплаве образовывался и сохранялся аустенит. Это повышает прочность сплава. Если к никелю добавлен хром и молибден, то никель становится еще более эффективным для термического упрочнения стали, повышения ее вязкости, а также усталостной прочности. Никелем легируют ферритные стали – они становятся более вязкими. Хромоникелевые аустенитные стали лучше сопротивляются явлению коррозии.
Легирование хромом
Хром – элемент, который, при добавлении, улучшает стойкость металлического сплава к явлениям окисления и коррозии, делает сталь более прочной даже при случаях нагрева до высоких температур, а также улучшает возможности высокоуглеродистого сплава к сопротивлению износу по фактору трения. В процессе легирования хромом образовываются карбиды хрома – благодаря им сталь становится тверже и прочнее: из нее можно изготавливать ножи и прочие колюще-режущие инструменты. Если же в стали при этом присутствуют также примеси олова, мышьяка, фосфора или сурьмы, то они сегрегируют к границам «зерен» сплава, что вызывает повышение отпускной хрупкости стального сплава.
Легирование молибденом
Молибден создает большее термическое упрочнение в процессе отпуска стали (после ее закалки). Стали с примесью молибдена при высоких температурах характеризуются меньшей ползучестью.
Также при включении молибдена, уменьшается зернистость сплава и сталь становится прочнее. Улучшается показатель стойкости к коррозионным процессам (в том числе, к точечной коррозии).
При сочетании металлов-добавок по технологии легирования получают хромоникельмолибденовые, хромистые и хромоникелевые сплавы, которые обладают оптимальными наборами параметров для определенных условий эксплуатации и способов обработки.
Предлагаем купить листовой прокат легированных сталей в Днепре у ТД ТАМ
Мы можем предложить две разновидности листового проката из легированной стали: инструментальную и конструкционную.
Отличия в том, что инструментальная сталь легированная (из которой действительно делают элементы различных инструментов) характеризуется большей твердостью и большей устойчивостью к механическим воздействиям (ударам, трению, деформации).
Конструкционная легированная сталь мягче, что облегчает вырезание из нее нужных элементов, но обладает большей усталостной прочностью.
Приобрести у нас прокат (оптом, в розницу, а также в формате регулярных поставок) вы можете, как находясь в Днепре, так и оформив заказ с транспортировкой металлопроката в любой город Украины.
Уточнения и подробности возможны по телефонам: 050 400-08-84; 098 181-69-58; 050 4000-581; 096 952-63-05.
Влияние легирующих элементов на свойства металлургических сплавов изучено по-настоящему хорошо. Благодаря этому введение в сталь различных добавок позволяет получать композиции с уникальными технологическими характеристиками.
1 Группы легирующих элементов и их обозначение
Компоненты, используемые для улучшения свойств сталей, разбивают по степени применимости на три подвида:
- Никель – обозначение в готовом сплаве – Н, молибден – М;
- Марганец – Г, хром – Х, кремний – С, бор – Р;
- Ванадий – Ф, ниобий – Б, титан – Т, цирконий – Ц, вольфрам – В.
К третьему подвиду относят и остальные элементы для легирования – азот (обозначение – А), медь (Д), алюминий (Ю), кобальт (К), бор (Р), фосфор (П), углерод (У), селен (Е). Отметим, что подобное деление обусловлено в основном экономическими соображениями, а не сугубо физическими.
Элементы для легирования стального сплава
По характеру воздействия добавок на модификации (полиморфные), наблюдаемые в сталях, все легирующие элементы делят на два типа. К первому относят компоненты, которые при любых температурах способны стабилизировать аустенит (в основном это марганец и никель). Вторая группа включает в себя элементы, которые при определенном своем содержании могут поддерживать ферритную структуру сплава (алюминий, молибден, хром, кремний, вольфрам и другие).
По механизму влияния на свойства и структуру сталей добавки причисляют к одному из трех типов:
- Легирующие элементы, способные создавать карбиды углерода при реакции с последним (бор, молибден, титан, цирконий).
- Добавки, обеспечивающие полиморфные превращения (альфа-железо в гамма-железо).
- Химэлементы, при использовании которых получаются интерметаллические соединения (ниобий, вольфрам).
Правильное легирование сталей подразумевает введение в их состав тех или иных добавок в строго рассчитанных количествах. При этом оптимальных результатов металлурги достигают в случае, когда «насыщение» сплавов производится комплексно.
2 Какие свойства сплавов позволяют улучшить легирующие добавки?
Легирование дает возможность снизить деформируемость изделий, производимых из различных марок стали, снизить порог хладоломкости сплавов, свести к минимуму риск появления в них трещин, значительно уменьшить скорость закалки и при этом повысить:
- прокаливаемость;
- ударную вязкость;
- текучесть;
- сужение (относительное);
- коррозионную стойкость.
Все легирующие добавки (кроме кобальта), повышают прокаливаемость сталей и уменьшают (зачастую весьма существенно) критическую скорость закалки. Достигается это за счет увеличения устойчивости аустенита в сплавах.
Образующие карбиды элементы способны замещать атомы железа в цементите. За счет этого карбидные фазы становятся более устойчивыми. При выделении карбидов из твердых растворов наблюдается явление дисперсионного упрочнения сталей. Другими словами – сплав получает дополнительную твердость.
Дисперсионное упрочнение сталей
Также карбидообразующие добавки делают процесс коагуляции дисперсных частиц в сталях более медленным и препятствуют (при нагреве) росту аустенитных зерен. Благодаря таким легирующим компонентам сплавы становятся намного прочнее.
Аустенитную структуру улучшают любыми легирующими добавками, кроме углерода и азота.
Насыщенный добавками аустенит получает высокий показатель теплового расширения, становится парамагнитным, у него снижается предел текучести. Композиции с подобными свойствами незаменимы для выпуска немагнитных и нержавеющих сталей. Аустенитные сплавы, кроме того, прекрасно упрочняются при грамотно проведенной холодной деформации.
Стали, имеющие ферритную структуру, при легировании также обретают добавочную прочность. Максимальное влияние на этот показатель оказывает хром и марганец. Обратите внимание! Прочностные характеристики сплавов увеличиваются при снижении геометрических параметров ферритных зерен.
3 Влияние конкретных химических элементов на свойства стали – коротко об основном
Давайте посмотрим, какие именно характеристики готовых сплавов способны улучшить те или иные добавки:
- Вольфрам создает карбиды, которые повышают красностойкость и показатели твердости стали. Также он облегчает процесс отпуска готовой продукции, снижая хрупкость стали.
- Кобальт увеличивает магнитный потенциал металла, его ударостойкость и жаропрочность.
- Никель повышает прокаливаемость, прочность, коррозионную стойкость, пластичность сталей и делает их более ударопрочными, снижает предел хладноломкости.
- Титан придает сплавам высокую плотность и прочностные свойства, делает металл коррозионностойким. Стали с такой добавкой хорошо обрабатываются специальным инструментом на металлорежущих агрегатах.
- Цирконий вводят в сплавы, когда необходимо получить в них зерна со строго определенными размерами.
- Марганец делает металл устойчивым к износу, повышает его твердость, удароустойчивость. При этом пластичные свойства сталей остаются на прежнем уровне, что важно. Заметим – марганца нужно вводить не менее 1 %. Тогда влияние этого элемента на эксплуатационные показатели сплава будет ощутимым.
- Медь делает металлургические композиции стойкими к ржавлению.
- Ванадий измельчает зерно сплава, делает его прочным и очень твердым.
- Ниобий вводят для снижения явлений коррозии в сварных изделиях, а также для повышения кислотостойкой стальных конструкций.
- Алюминий увеличивает окалийность и жаропрочность.
- Неодим и церий используют для сталей с заданной заранее величиной зерна, сплавов с малым содержанием серы. Эти элементы также снижают пористость металла.
- Молибден повышает прочность сплавов на растяжение, их упругость и красностойкость. Кроме того, эта легирующая добавка делает стали стойкими к окислению при высоких температурах.
Влияние химических элементов на свойства стали
Больше влияние на характеристики сталей оказывает кремний. Он повышает окалийность и упругость металла. Если кремния содержится около 1,5 %, сталь становится вязкой и при этом очень прочной. А при его добавке более 1,5 % сплавы обретают свойства магнитопроницаемости и электросопротивления.
Грамотно выполненное легирование сталей обеспечивает их особыми свойствами. И современные металлургические предприятия активно используют этот процесс для выпуска широкой номенклатуры сплавов с высокими технологическими характеристиками.
Рейтинг:
Загрузка…
0 Комментариев